本研究進行大尺寸邊坡穩定模型示意圖如圖 5-1 所示，並以此進行邊 坡穩定分析。
儲水桶
降雨模擬器
降雨模擬器
擋土設施
壹、邊坡穩定模擬方式說明
本案採用 GeoStudio 套裝軟體中之 SLOPE/W 模組進行邊坡穩定分析。
GeoStudio 由加拿大 Calgary 大學研發，經過數十年時間，已成為國際間廣 為採用之的邊坡穩定性分析軟體，適合於分析模擬土壤、岩石等大地材料 的力學行為。SLOPE/W 模組主要運用極限平衡理論，針對不同土壤類型、
複雜地層和各種滑動面形狀的邊坡，孔隙水壓力分布狀況進行建構模式分 析。分析方法包括 Morgenstern-Price、GLE、Spencer、Bishop、Ordinary、
Janbu、Sarma、Corps of Engineering、Lowe-Karafiath 等分析方法。土壤強 度破壞準則包含莫耳庫侖(Mohr-Coulomb)模式、雙線性(Bilinear)模式、不 排水(Undrained)模式、非等向性(Anisotropic)模式、Hoek and Brown 模式等。
孔隙水壓力模型包括 Ru 係數、壓力線、等壓力線、水力梯度值、透過有限 元素計算的壓力和壓力水頭。滑動面分析可透過同心圓和半徑線、滑移面
前端的塊體或全部指定的形狀定義搜尋可能滑移面；針對各種土體特性和 承載條件的分布函數來進行隨機近似分析。
針對本案，SLOPE/W 模組使用於邊坡穩定分析時，可達到之目的為針 對岩盤上覆蓋軟弱土層在坡頂有張力裂縫，複合式滑動面等各種情況下，
可使用 Spencer、Ordinary、Bishop、Janbu 及 Morgenstern-Price 等切片法分 析邊坡穩定的安全係數。另外對於邊坡穩定治理方法中，適用於有外力荷
表 5.1-1 簡化材料參數表
層次 材料 單位重
(kN/m3)
C (kN/m2)
(o)1 土壤 17 35~93 26~34
2 岩盤 22 1000* 40*
*為假設值
圖 5.1-2 邊坡穩定模擬剖面圖
貳、邊坡穩定模擬成果
本計畫將邊坡穩定模擬分為不同情境下，極限平衡法所得到之安全係 數值，分別為模擬自然邊坡情況下地下水位由模擬岩盤面上升 50cm 以及 100cm 時、水位上升 50cm 且於擋土構造後方蓄積時以及邊坡覆蓋至擋土構 造後方時，地下水位上升 50cm，共四種，其模擬成果如下：
Distance [m]
0 1 2 3 4 5
Elevation [m]
0 1 2 3 4
圖 5.1-3 邊坡下水位上升 50cm 模擬剖面圖
2、地下水位上升 100cm，FS=0.692。
圖 5.1-4 邊坡下水位上升 100cm 模擬剖面圖
3、地下水位上升 50cm 且於擋土構造後方蓄積，FS=0.840。
圖 5.1-5 邊坡下水位上升 50cm 且於擋土構造後方蓄積模擬剖面圖
4、邊坡覆蓋至擋土構造後方時，地下水位上升 50cm，FS=0.934。
有限元素法基於連體力學原理，滿足力平衡及變形之連續性，並且可 滑動面安全係數，一般採用強度折減法，其定義首先由 Zienkiewicz 等人
（1975）提出，剪力強度折減之觀念為逐步折減剪力強度參數(
c
'、
')，使 邊坡地層材料抗剪強度無法承受自重，產生大變形之臨界狀態。折減後剪 力強度參數如式(5.2-1)與式(5.2-2)：'
其中，RF 為剪力強度折減係數，
c
'及
'為土壤之有效凝聚力與內摩擦角，
'
c
f及
'
f為破壞時土壤之有效凝聚力與內摩擦角。當邊坡產生大變形達
破壞時，此時 RF 值即為安全係數。因
c
'及 tan
'f同時折減，且折減值相同，
即一邊坡模型只有一安全係數。
壹、概念模型
依據前述，數值模擬概念剖面如圖 5.2-1 所示。模擬所需之材料參數以 圖 5.1-1 之實驗成果，推估可能之材料參數如表 5.2-1，以此進行模擬並以 觀測到之地層變形回饋至模型。
水平鎖定、垂直自由邊界 (輥承 rol le r) 水平、 垂直自由邊界 (底 部 鉸承 hing e)
IPI-1 IPI-2
表 5.2-1 PLAXIS 數值模擬採用材料參數表 地層
參數
土壤層 岩盤層
濕單位重γunsat(kN/m3) 17.0 22.0
飽和單位重γsat (kN/m3) 17.0 22.0 凝聚力 C (kPa) 0.1** 1000*
摩擦角ψ(°) 26 40*
膨脹角ψ(°) 0 0
柏松比υ 0.35* 0.18*
彈性模數 E(kN/m2) 6300 10000
*為假設值**為假設過程排水
貳、模擬結果
1. 全區最大水平變位 14.5mm，發生在坡頂處，如圖 5.2-2 所示。
圖 5.2-3 有限元素法破壞點分佈圖
(a)坡面張力裂縫 (b)坡面張力裂縫
(c)坡頂張力裂縫 (d)坡面張力裂縫
圖 5.2-4 坡面張力裂縫照片
如圖 5.2-5 所示。
圖 5.2-5 坡面張力裂縫照片
11cm
10cm 14cm
13cm
參、模擬結果評述
地層變化模擬之成果中，變化值要與觀測值符合相當困難，因為地質 條件變亦甚大，往往只能祈求成果中之變化趨勢能與觀測到之深度與水平 變位變化趨勢一致。
圖 5.2-3 為現場模擬成果資料圖，並與數值分析成果共列於表 5.2-2 比 較。上述模擬成果中，模擬成果所發生之變形量大約落在 11-14cm，而實 際變形結果僅量測到 4 mm 以及 15mm，誤差較大，推測原因可能為邊坡破 化造成位移時，因傾斜管整體同滑動塊體向坡趾移動，導致量測到的數值 被抵銷，無法量測出確切的變位量。
然而本次研究模擬可找出降雨與破壞發生之延時曲線，即為本研究之 最主要目的：找出擋土結構破壞前兆之管理值與因應時間。建議仍需持續 以此方法模擬與校正，以供後續回饋分析之用。
表 5.2-2 模擬成果比較表
現地實驗(mm) 數值模擬(cm)
IPI-1 變形 15 11~14
IPI-2 變形 4 11
擋土結構最大傾斜(度) 0.75 7.4
(a)累積降雨與地下水位關係
14:24:00 15:36:00 16:48:00 18:00:00 19:12:00 20:24:00 21:36:00 22:48:00 0:00:00 1:12:00 2:24:00 3:36:00
地下水位(m)
14:24:00 15:36:00 16:48:00 18:00:00 19:12:00 20:24:00 21:36:00 22:48:00 0:00:00 1:12:00 2:24:00 3:36:00
累積雨量(mm)
變化量(mm)
土槽破壞試驗
傾斜管SI1A向 傾斜管SI1B向 傾斜管SI2(上)A向 傾斜管SI2(上)B向 傾斜管SI2(下)B向 水位
(c)累積降雨與擋土結構變化關係 圖 5.2-3 現地實驗模擬結果
0 100 200 300 400 500 600 700
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0
14:24:00 15:36:00 16:48:00 18:00:00 19:12:00 20:24:00 21:36:00 22:48:00 0:00:00 1:12:00 2:24:00 3:36:00
變化量(度)
土槽破壞試驗
傾斜儀A向 傾斜儀B向 累積雨量
本計畫由前計畫團隊於 6 月中交接了系統伺服器與原始程式碼，其中 包含了(a) 山坡地社區建築管理履歷資料庫以及(b) 建研所人工邊坡智慧 監控系統 兩套系統，此兩套系統完全獨立，並使用不同的技術所開發，以 下就此兩套系統現況分別說明。
第一節、山坡地社區建築管理履歷資料庫
此系統之開發與運行環境如表 6.1-1 所列，而登入後之畫面則如圖 6.1-1 所示。此系統中最主要的 GIS 圖台系統為綜整所有資料並以網頁操作與呈 現的核心，使用的軟體為 Autodesk 捐獻給 OSGS (Open Source Geospatial Foundation, 開放原始碼地理空間基金會) 開放原始碼之網頁式 GIS 圖台展 示系統 MapGuide。MapGuide 軟體版本歷史整理如表 6.1-2，由表可知目 前所使用之版本為 2.2 版，已是近 10 年前所釋放出來的版本。本團隊已將 其升級至與目前系統相容之最新版 2.2，再往上升將需對既有系統進行大幅 度改寫。至於表 6.1-1 中其它軟體皆已將所有適用之補丁安裝完成。
表 6.1-1「山坡地社區建築管理履歷資料庫」之運行環境 作業系統 Windows Server 2012、Windows Server 2008[1]
資料庫管理系統 Microsoft SQL Server 2016 GIS 圖臺 MapGuide OpenSource 2.2 網頁伺服器軟體 IIS 8.0
系統開發語言 C#, HTML, CSS, JavaScript 主要開發技術 ASP.NET
[1]以虛擬機器運行 SQL Server 2016 於內部 IP 址 192.168.1.88，以配合原始系統的設計。
圖 6.1-1「山坡地社區建築管理履歷資料庫」登入後之操作畫面
表 6.1-2MapGuide 版本與年份
版本 初版年份 版本 初版年份 版本 初版年份 1.2 2006` 2.0 2007 3.0 2014
2.1 2009 3.1 2015 2.2 2011 3.1.2 2020.2 2.4 2011
2.5 2012 2.6 2012
p.s. 整理自https://trac.osgeo.org/mapguide#OldReleases 的WiKi歷史記 錄，可能不完全正確。
而除將表 6.1-1 中系統軟體進行維護更新外，本團隊亦將原有系統進行 部份修正，將其中已失效之外部連結系統之連結移除，使畫面中可看到的 操作功能皆能正常使用。如圖 6.1-2 乃使用行政區里定位功能找出新竹縣新 豐鄉及鄰近的避難處所查詢功能。而系統在登入後，會出現更多管理者可 使用的功能，如圖 6.1-3 為系統登入後管理者使用資料維護的畫面，管理者 並可在地圖中圈選一塊區域以顯示更詳細的資料，如圖 6.1-4 所示。但需注 意的是此系統的資料維護僅限於坡地社區等相關資訊，而無法對於地理資
圖 6.1-2 使用行政區定位功能查詢避難處所
圖 6.1-3 管理者登入後選擇資料維護功能之操作畫面
圖 6.1-4 圈選地圖上範圍後可看到更詳細的坡地與社區資訊
第二節、建研所人工邊坡智慧監控系統
本系統與 6.1 節介紹之「山坡地社區建築管理履歷資料庫」完全獨立，
本系統運行環境與使用到技術如表 6.2-1 所列，開發技術主要為網頁之前端 技術，如 HTML、CSS、JavaScript 及眾多的 JavaScript 程式庫，而 PHP 則 僅使用於使用者認證之登入以及開放資料之介接。系統登入後之畫面如圖
資料庫管理系統 Microsoft SQL Server 2016 網頁伺服器軟體 Apache 2.4.46
GIS 圖臺 Google Map via leaflet 網頁後端技術 PHP 7.4.11
系統開發語言 HTML, CSS, JavaScript, PHP 主要開發技術 JavaScript, PHP
JavaScript 程 式 庫
Leaflet: WebGIS
Bootstrap: 嚮應式設計框架
Highcharts: 產生可互動式圖表並進行資料 展示
介接系統
NCDR 之民生示警公開資料平臺 https://alerts.ncdr.nat.gov.tw/
中央氣象局之氣象資料開放平臺
https://opendata.cwb.gov.tw/index
*主要 Apache、PHP 更新至目前最新穩定版本
圖 6.2-1 系統登入後之畫面
圖 6.2-2 試驗場址鄰近中央氣象局雨量站資料、36 小時天氣預報、以及 NCDR 之公開示警訊息
圖 6.2-3 自動監測設備電池電壓與量測溫度
圖 6.2-5 裂縫伸張計的監測資料
圖 6.2-6 土坡中段傾斜管 Sl1 監測數據
圖 6.2-7、土坡上方傾斜管 Sl2(上) 監測數據
圖 6.2-8、土坡上方傾斜管 Sl2 (下)監測數據
圖 6.2-9、土坡下傾斜儀監測數據
第一節、結論
有效性，提升邊坡災害預防及應變作為外，並可了解山坡地社區居民對於此系統 之看法及其需求藉此進行精進，且此次說明會參與之媒體、學界、業界代表與過 去歷次專家學者會議皆對於此抱持強烈興趣也相當認同其必要性。
第二節、建議
建議一
持 續 進 行 邊 坡 監 測 系 統 成 效 驗 證 ： 短 期 建 議 主 辦 機 關 ： 內 政 部 建 築 研 究 所
協 辦 機 關 ： 財 團 法 人 台 灣 建 築 中 心
建研所歷年主辦多項關於坡地社區自然邊坡、人工邊坡等監測設備與系統 之研發，以及相關監測管理值之推估方法，並以示範社區進行驗證示範工 作 ， 本 年 度 選擇於無保全對象之擋土設施或空地以大尺寸模型試驗進行，為國內少 見之創舉，並獲得初步之成效。目前於國內建置大尺寸邊坡模型非常稀少且相當 困難，但土壤材料的性質不同可能有不同破壞型式，又對於現地邊坡而言大尺寸 邊坡模擬的破壞可能仍存在尺寸效應的影響等等，在許多方面持續精進，如未來 在條件許可情況下(合法運送土方)，可嘗試以本年度計完成之土槽進行不同材料 破壞試驗，以得到更多種類邊坡性質的破壞參數供社區建置本系統時應用。
建議二
山 坡 地 社 區 建 築 管 理 履 歷 資 料 庫 以 及 邊 坡 智 慧 監 控 系 統 提 升 與 維 護 ： 短 期 建 議
主 辦 機 關 ： 內 政 部 建 築 研 究 所 協 辦 機 關 ： 財 團 法 人 台 灣 建 築 中 心
山坡地社區建築管理履歷資料庫以及人工邊坡智慧監控系統，此兩套系統 為獨立系統，並使用不同的技術所開發，本研究已將其升級至與目前系統可相容
山坡地社區建築管理履歷資料庫以及人工邊坡智慧監控系統，此兩套系統 為獨立系統，並使用不同的技術所開發，本研究已將其升級至與目前系統可相容