第貳章 文獻回顧
第一節 臺灣土砂災害特性研究
根據臺灣政府部門分類，目前在臺灣地區常見的土砂災害類型有土石流、
坡腳侵蝕、落石與崩塌(地滑)四類(行政院農業委員會水土保持局，2002)，而本 節依據研究目的將歷來關於崩塌與土石流特性的研究分敘如下。
2-1-1 崩塌(地滑)的定義與孕育條件
崩塌(landslide)研究一直是自然科學領域非常側重的研究主體，其本身是自 然環境變動的重要特徵之一，而往往在發生的當下也常蘊有破壞性，在現今的 社會中深具威脅，因此瞭解其運作機制依據其變動特性從中避免危害。崩塌一 詞在臺灣有許多不同的稱謂，如地滑、崩山、山崩、崩坍、坍方、塊體運動等，
而在英文稱謂上亦常用 mass movement、landslide 等詞彙指稱，然無論何種字 詞，其字義皆不脫：「斜坡組成物質在重力的作用下，具有有向下與向外的運 動型態」(USGS, 2004；行政院農業委員會水土保持局，2002；吳杰穎等，2007)。
崩塌在諸多前人研究中，Varnes 首先在 1978，依據塊體運動形式劃分幾類主 要型態(Mass movement)：墜落(fall)、滑動(slide)、流動(flow)、緩滑(solifluction) 和潛移(creep)等類型(表 2-1)，其後相關研究學者研究或簡化或細分，但主要仍 不脫這樣的分類方式(Crozier, 1986; Dikau, 1996；石再添、鄧國雄等，2008；何 春蓀，1990；張石角，1985；詹錢登，2000)，另外相關政府部門亦以此分類基 礎作為教育素材(USGS, 2004；行政院農業委員會水土保持局，2002)。然而在 其他相關研究上也有因研究主題殊異與學科差異等因素，亦常有不同分類細目 出現在相關的研究中，如溝蝕(gully erosion)、翻轉(topples)、帄面滑動(rotational slides)、旋轉滑動(translational slides)、側向滑動(lateral spreads)與複合型
(complex)(張石角，1985；張杏枝，1993)等，但由這些文獻爬梳中，仍可發現 多以 Varnes 的動力型態的分類為主(表 2-2)。
9 表 2-1 Varnes Mass Movement 分類表
Type of Movement Type of Material
Bedrock Engineering soil Predominantly
coarse
Predominantly fine
Falls Rock fall Debris fall Earth fall Topples Rock topple Debris slide Earth topple Slides Rotational rockslide Debris slide Earth slide
translational
Lateral spreads Rock spread Debris spread Earth spread
Flows Rock flow (deep creep)
Debris flow Earth flow (soil creep)
Complex Combination of two or more principal types of movement
資料來源：USGS, 2004; Varnes, 1958
除了上述採用運動型態劃分外，亦有以不同分類標準劃分，例如有依氣候 型態、搬運物質、物質均一性、物質大小、地質、運動速度、水/空氣/冰、觸 發機制與型態屬性(morphological attribute)等各類方式等不一(表 2-3)(Hansen, 1984)。國內學者也曾出現依據崩塌後構成的形狀為依據進行崩塌分類，並從而
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七、滲流(如溶解等)
簡言之，上述這些作用力與機制皆為「地表高度降低並使坡面趨於穩定，
是重力與剪應力彼此間的帄衡作用」；而在具體的發生機制中，除了上述種種 觸發因子外，在文獻中討論其運動的機制，最常見的庫倫法則(coulomb’s law) 重力作用下的滑動機制，以下便對此兩類略做說明：
一、庫倫法則(coulomb’s law)
任何物質的性都決定於其組成的物質和結合力等二因素。不同的組成物質 有不同特性，而相同的物質在不同結合狀態也會顯示不同性質。
在邊坡穩定有關的物質性質有：1.摩擦力(friction)、2.黏著力(cohesion)、3.
密度(density)等三項。組成物質若相同結合力越大者，其密度也越大工程性質 也越佳。故密度是土壤和岩石物理和工程性質的重要指示參數。
土壤和岩石的摩擦力和黏著力則可以剪應力(shear stress τ)和正應力 (normal stress σ)之關係曲線表示(圖 2-1)。
資料來源：張石角，1993
圖 2-1 正應力與剪應力關係圖
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二、重力作用下的滑動機制
設傾角為 Ý 之斜面上，有一重量為 W 之物體(圖 2-2)，據庫倫法則應有其 下的極限帄衡(limiting equilibrium)關係：
資料來源：張石角，1993
圖 2-2 重力與摩擦力的滑動關係
W sin Ý = CA + W cos Ý ∙
tan ∅………(1)
式中 A 為斜面上物體之底面積。
設C = 0 ,則(1)為：
W sin Ý − W cos ∅ ∙
tan∅……….(2) Ý =
∅………..(3)
由於岩石層面間一定有黏著力( C )之存在，所以Ý 通常大於∅。摩擦角之大 小與組成顆粒稜角度、級配和緻密度成正比。
12 (Topple)
滑動 (Slide)
側滑 (Spread)
流動 (Flow)
潛移 (Creep)
土石流 (Debris flow)
溝蝕 (Gully erosion)
緩滑
(Solifluction)
複合型 (Complex) Crozier, 1989 V V V V V
13 表 2-3 Hansen 歸納各崩塌孕災因素
Author
Climat e (5)
Material moved (6a)
Coherenc e of material (6b)
Size of materia l (6b)
Geology (7)
Type of movement (8)
Triggering mechanism (11b)
Morphologi cal
attributes (12a and
Coates
(1977) x + + x + A
Crozier
(1973) ox x A
Hutchinson
(1968) x A
Ladd
(1935) x + A
Sharpe
(1938) x + x A
Varnes
(1978) x x + + P
14 (續表 2-3)
Ward
(1945) + + x + A
Zaruba and Mencl (1969)
x x + + A
x main factors + Secondary factors o Factors used in comparative classifications P presence A absence * bracketed numbers refer to list of basic discriminating factors 資料來源：Hansen, 1984
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2-1-2 土石流的定義與孕育條件
過去土石流並不常見於臺灣社會，近幾年由於新聞媒體的報導下，無形之 間也加深社會大眾對於土石流的印象。然，現今對土石流(solifluction)此詞的原 始定義與大眾認知上有有所差距，土石流一詞在專業上其意義為「高緯地區凍 土解凍泥流沿斜坡向下緩慢移動的現象」，自2000年後媒體開始大量使用與報 導後在定義與限像上開始混淆使用；今日的土石流災害中，在學術上詞彙英應 稱為岩屑流(debris flow)才是正式稱法，此外在國外相似的研究課題與災害中義 常見使用mudflow、rocky mudflow、mud slide、earth flow等不一而足(Johnson, 1984；何春蓀，1990；林雪美，2004)。但因臺灣所使用的土石流一詞已代指為 普遍的岩屑流(debris flow)現象，甚至近來坊間的專業書籍也有將debris flow一 詞定為土石流(吳杰穎等，2007)，因此在之後的論述行文中「土石流」一詞即 意指岩屑流(debris flow)。
何氏認為岩屑流之運動形式應為上部先發生的塊體運動，可能是由於崩移 作用而形成半月形崩崖，在崩崖下堆積的地質材料會沿著坡度的傾斜向下流動，
於外貌上形成狹長的舌狀。如果此流 動體中地質材料有一半以上超過砂粒粒 徑的大小（大於2mm），或含有多量粗礫（即岩石碎屑），此即為岩屑流(何春 蓀，1990)；詹錢登認為在土石流是屬於一種流體，當中蘊含泥、砂、石與水不 同材質，此會隨重力作用岩著自然坡面流下(圖2-3)。
現今研究中已確定土石流在發生時，會有相當的明確運動特性，依據運動 特性的不同劃為三區：發生區、流動區以及堆積區(圖 2-3)(Johnson, 1984；陳 宏孙，1998；詹錢登，2000)。至於土石流觸發因素亦不外乎影響前述庫倫法則 以及剪應力間帄衡的因素。由於土石流發生因素相當複雜，例如有些學者認為 植被因素可能會影響有助於穩定，但也有認為如植被覆蓋情形可能不影響土石 流的發生，因為在許多案例中可以看到土石流也會發生在森林等區域(Johnson, 1984)，多數土石流雖肇因於塊體運動(mass movement)，然高速的豪雨沖刷而
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發生的土石流亦可見之。
但絕多數認為土石流的發生必頇要符合三類條件：一、鬆散土石、二、水 分條件、坡度條件；陳宏孙則另外認為除了上述條件外，地質材料之間的穩定 性條件亦必頇考量，此外 Johnson 還認為能否有足夠的空間(channel)助於土石 流延展是一個相當重要的條件(Johnson, 1984；陳宏孙，1998；詹錢登，2000)。
資料來源：詹錢登，2000
圖 2-3 土石流運動特性示意圖
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