第五章 結果分析
5.6 邊坡安全係數定義及分析
其中σ1'為試驗前邊坡之有效應力；σ2'為試驗後邊坡破壞之有效應力；
2
1 σ
σ、 分別為試驗前後之總應力；u 為空氣氣壓；a u 為孔隙水壓；w )1
(ua −uw 、(ua −uw)2分別為參照試驗砂土之土壤保水特性曲線圖，試 驗前後邊坡坡趾體積含水量所對應之基質吸力；χ為有效應力係數；
γd為乾土單位重；W、1 W2分別為試驗前後之重量含水量；h 為邊坡頂 部至坡趾之高度；θw、1 θw2分別為試驗前後之邊坡坡趾體積含水量；θs 為飽和體積含水量；θr為殘餘含水量。
將邊坡模型試驗所得結果，進行邊坡安全係數分析，結果如表5-5、
表5-6 所示:
(1) 邊坡土壤粒徑越大，其邊坡安全係數越高，與土壤之未飽和傳導 係數有關，因粒徑大之砂土排水性較佳，土壤孔隙水壓增高不易，
土壤強度不易降低，邊坡較不易崩塌。
(2) 邊坡坡度越大，其安全係數越低，此與模型試驗結果一致，越陡 峭之邊坡崩塌時間越快，代表邊坡越不穩定。
(3) 不同水力梯度及降雨強度，在相同邊坡條件下，所得之安全係數 近乎相同。
(4) 邊坡之地下水及降雨試驗，在相同試驗砂土、邊坡坡角，所得安 全係數相近，但因二種試驗水分在土層中傳導方向不同，邊坡崩 塌情況也不盡相同，尚且無法比較。
(5) 本研究定義之邊坡穩定安全係數，僅受邊坡土體性質(如粒徑、
含水量)與邊坡形狀(如坡角、坡高)影響。
(6) 水文因子變化(水力梯度、降雨強度)，與崩塌時間密切相關(詳 5.5)，但對邊坡穩定安全係數影響不明顯。
表 5- 5 邊坡地下水模型試驗–邊坡安全係數 FS
表5- 6 邊坡降雨試驗–邊坡安全係數 FS
第六章 結論與建議 6.1 結論
本研究藉由邊坡模型試驗結果以非飽和土壤強度理論及非飽和 地下水傳輸理論為基礎，以研究水文因子對邊坡穩定性影響，並針對 邊坡崩塌規模(崩塌高度、崩塌深度及崩塌量)及崩塌成因作定性之探 討。以下將分別提出數點結論與建議。
(一) 由邊坡模型試驗中得知，隨著水力梯度或降雨強度上升，邊坡 破壞時間縮短。
(二) 由邊坡模型試驗結果得知，地下水位抬升導致邊坡崩塌之破壞 行為，坡頂不因坡趾崩塌而下滑，且無張力破壞發生，崩塌高 度隨水力梯度增高及粒徑加大而提高；在降雨試驗中，坡頂前 緣則因坡面土體浸潤，土體自重增加，會隨坡趾失穩而下滑。
(三) 因地下水滲流與降雨入滲其水份移動方向及邊坡崩塌模式不同:
在降雨模型試驗中，粗砂(6V)排水效果較佳，致使邊坡浸潤所 需降雨延時較長，崩塌歷時較長，然地下水試驗則相反，粗砂 (6V)模型因孔隙較大，水在土層中移動速度快，坡趾浸潤所需 時間較短，因此崩塌歷時較短。
(四) 以下整理邊坡地下水試驗與邊坡降雨試驗所得相同結果:
(1) 邊坡皆從坡趾開始破壞，由含水量分佈圖得知破壞時坡趾含 水量已達土壤之飽和含水量，崩塌量與邊坡破壞時的土體含水 量分佈有密切關係。
(2) 邊坡坡度越陡崩塌次數越少(水力梯度高或降雨強度大時較
明顯)。
(3) 相同水文條件作用下，粒徑大(6V)之邊坡崩塌量大於粒徑小 (9V)之邊坡崩塌量。
(五) 藉由擬合土壤保水特性曲線，得到之形狀參數，可推算出邊坡 土層之未飽和傳導係數，了解崩塌前之水分平均傳輸速度，比 起傳統分析法，可更精確掌握邊坡崩塌時間。
(六) 根據試驗模型的不飽和土壤強度分析，計算不同模型之安全係 數，對應之崩塌潛勢亦與模型實驗結果相符。
(七) 自主研發之水文環境試驗箱的功能，在本研究中已獲得驗證。
6.2 實驗建議
(一) 由於本試驗於1g 加速度場(地球重力場)下進行，對於含有黏土 (高嶺土)的砂土，由於黏滯性較高，當地下水位提供壓力水頭 不夠大時，不易使水分進入已夯實過之土層中；反之，當砂質 性土壤顆粒過大，使土層中地下水過於容易在顆粒之間流動，
容易造成實驗結果不正確及無法進行；由於 1g 試驗對於模擬現 地情況下有所限制，如尺寸、應力規模等問題，然而此情況可 以在地工離心機所提供之重力場下克服，對於模擬現地情況更 為準確，且更具參考價值。
(二) 本試驗砂箱由於邊界條件之限制，使得邊坡二側之砂土因邊界 效應影響不易崩落，雖不影響2D 分析，但未來進行實驗時可 以考慮塗抹潤滑膠以減少坡體與和側板間之摩擦力，亦或在地 工離心機中以強大重力場改善此狀況。
(三) 在本試驗中尚無法得知真實地下水流移動之模式，建議可嘗試 使用可溶性高之染劑取代水，則可由試驗砂箱外側直接觀測得 知地下水在土層中之移動。
(四) 由於本實驗數據尚未足夠進行實驗定量分析，故以定性來探討 邊坡對於地下水及降雨之間互制關係，後續研究可增加實驗組 數以完成定量分析工作。
6.3 未來方向
本研究已成功測試水文環境試驗箱於邊坡模型試驗之功能性，並 建立完整之試驗方法，未來可應用於震動台上模擬邊坡穩定等相關問 題，探討振動效應下水文因子擾動造成邊坡崩塌潛勢增高的各種可能 狀況與原因，從而建立相關因子之量化預警指標。並以921 大地震後 台灣山坡地貌發生重大改變，且山坡地災害連連等問題進行初步探 討；後續將以地工離心機進行模擬真實邊坡破壞行為，與本試驗結果 進行映證，並量化實驗數據，推導出可供參考之邊坡穩定分析經驗公 式。
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