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長滑行距離山崩 (Long-runout landslide)

山崩的滑行距離 (Runout distance)是指山崩所崩落的塊體到堆積區的距 離,若單純以幾何剖面來看,塊體落下前的最高點和落下後堆積區的最低點的高 度差,和崩落區塊體在崩落前最後端到堆積區的最前端的水平距離之比值 (圖 1- 15b) 亦 即 平 均 坡 度 角 (Slope average angle) 稱 之 為 幾 何 梯 度 (Geometric gradient);由於塊體的滑行路徑往往受到地形的影響,塊體落下前的最高點和落 下後堆積區的最低點的高度差和塊體滑行路徑的總距離的比值 (圖 1- 15c),亦即 所謂的滑行角度 (Travel angle),Heim (1932) 將這個比值定義為”Fahrböschung”。

所長滑行距離山崩 (Long-runout landslide) 是指滑行的距離超過簡單摩擦 模型所預測的距離,最早由Heim (1932) 所提出;它的發生相當普遍,在許多地 能會包含有滾動、跳動、流動等作用 (Erismann, 1986)。Tang et al. (2009) 提出半 剛性塊體 (Quasi-rigid)的說法,並利用離散元素法來模擬草嶺在 1999 年經由集 集地震所誘發的山崩,由於離散元素的塊體可以在模擬的過程中產生破裂、鍵結 等行為,故此種方法可以呈現出可能的滑動、滾動、跳動、流動等機制。

圖1- 13:不是任何形式的山崩,崩塌的塊體體積愈大,則滑行高度和距離 (Hmax 與Lmax) 的比值愈小。

圖1- 14:草嶺 1999 年山崩的視摩擦角與歷史上的大型山崩趨勢相吻合。

圖 1- 15:二種長距離滑行山崩 (long runout landslide) 之不同定義 (Heim, 1932) , (a) 平 均 滑 行 距 和 真 實 滑 行 路 徑 , (b) 幾 何 梯 度 (geometric gradient),(c)滑行角度 (travel angle, fahrböschung)。

關於長滑行距離山崩原因的探討,到目前仍有許多不同的看法,前人的研 究經由不同的地質現象、地形、成因等提出許多看法,主要觀點有滑動面和塊體 之間的空氣造成的潤滑效果,如Shreve (1968) 認為在塊體的底層有一層被限制 住的空氣,造成潤滑的效果,洪如江等人 (2000) 認為由於位於草嶺崩塌塊體上 的簡姓一家七人在滑行約三公里後仍能生還,且倒交山下游 (生毛樹溪清水溪交 會處) 附近坡面被剝皮,且許多樹木順向倒臥或樹稍及樹葉被削除,推論此次的 山崩其滑動過程中,在塊體底部有「氣墊」存在,塊體在到達溪谷後「彈射」到 清水溪的對岸。也有人認為是長距離滑行是崩塌的碎屑和快速流動的空氣混合產 生液化的現象(Kent, 1966)。

除了空氣之外,水也是造成摩擦係數降低的原因,如Gouguel (1978) 則是

認為在山崩塊體的底部有水因摩擦高熱而產生水蒸氣,水蒸氣所形成的巨大的孔 隙壓力超過靜岩石壓力 (Lithostatic),而使摩擦力大幅降低;Habib (1967, 1975) 認為 1963 年 10 月 9 日發生在義大利北部 Vaiont 水壩的崩塌機制主要就是滑動 面夠深,局部的摩擦熱會使孔隙水汽化,進而使摩擦力降低,轉變成快速的山崩,

塊體迅速落入水庫,使水庫中的水在瞬間大量湧入河道中,淹沒附近的城鎮,造 成二千多人傷亡。Johnson (1979) 用 Blackhawk 山崩的例子,提出證據說明山崩 底層有一含水飽和層,並且強調其機制像岩屑流 (Debris flow)。Voigh 和 Sousa (1994) 利用二維流體運動模式,說明 Ontake-San 山崩的主因是由於河流的水和 形狀有關之外,也和體積、崩滑塊體的物質特性有關 (Hungr and Fell, 2003)。

Wanget al. (2002) 利用環剪 (ring shear) 的方法分析日本 Hiegaesi 山崩附近的岩 石特性,認為含水飽和的滑動面在經過試驗之後造成液化現像,使得有效應力 (Effective stress) 和耐剪力幾乎是接近 0,是造成長距離滑行山崩的主要原因。

Hungr and Evans (2004) 亦認為在崩滑塊體的底部,有一相當大量的含水飽和物 的主要原因是乾的顆粒流模式,此種假設包括聲射流動 (Acoustic fluidization

Melosh, 1979; Gareth and Melosh, 1994)、快速的顆粒流擴張 (Davies, 1982; Straub, 1997)、也有人觀察山崩低摩擦係數的原因是由於顆粒流所造成,和外來的因素 無關,如氣墊 (Campbell 1989, 1990);而滑動時能量集中在滑動面,能量轉換造 成摩擦剪切作用,使附近的使岩石破裂成碎屑的自我潤滑作用 (Campbell 1989, 1990; Cleary and Campbell, 1993; Campbell et al., 1995)。另外由於山崩塊體在快速 滑動時會因摩擦而產生高熱,此高熱足以使接觸面的岩石部份熔化而降低摩擦,

使山崩塊體能滑行更遠 (Erismann, 1979; Voigh and Faust, 1982),而此種因摩擦而 熔化再結晶的岩石被種之為Frictionite (圖 1- 16),亦曾經在 Köfels 山崩的堆積區 被找到過 (Erismann, 1986)。

其他的解釋則還有Hsü (1975, 1978) 認為這些額外的滑行是因為塊體互相 碰撞產生和灰塵相互作用而造成。Davies and McSaveney (1999) 的實驗結果認為 乾砂和顆粒的崩塌都會有一致的形貌,但會因體積大小、物質特性和坡面幾形狀 的不同,而使得滑行距離有很大的差距;另外有很多大型山崩 (>107m3) 所發生 的現象,不是在經由實驗室的結果可以解釋的,例如岩石鏽蝕所造成的碎裂等現 象。Kilburn and Sørensen (1998) 認為要造成長滑行距離的山崩,必須要有足夠 的體積 (Critical volume),並且要有足夠的能量使得塊體轉變成岩屑,向前滑行。

圖1- 16:在 Köfels 山崩區被找到因摩擦熱而熔化後再結晶後產生的岩石,被稱 為Frictionite,可看到右邊的 Frictionite 雖然體積較大,但重量却較輕,

表示岩石內部有許多的孔隙存在 (Erismann, 1986)。