第五章 降雨特性對坡地淺崩塌之影響
5.2 陡坡淺崩塌
由第四章降雨引發陡坡淺崩塌之機制探討可知，陡坡淺崩塌可能 發生於土壤未飽和或飽和處。降雨雨量、延時及雨型對陡坡發生因地 下水位上升，飽和土壤處淺崩塌之影響與緩坡相似，在此不多贅述。
因此，本章節僅探討降雨雨量、延時及雨型對陡坡發生因土壤虹吸減 少土壤未飽和處淺崩塌之影響。
雨量之影響
坡度 37°之均勻土層，土層厚度為 zL=170cm，土層下方為凝聚 力較大且透水性良好之土壤，地下水位位於地表下 3 公尺，即
zd=300cm，土壤參數如4.1 表所示。首先探討雨量對陡坡淺崩塌之影
響。圖 5.16 至圖 5.18 分別表示均勻降雨 8 小時下，總降雨量為 180mm、360mm及 720mm之坡地破壞模擬結果。由圖5.16至圖5.18 可發現，降雨量 180mm 不發生坡地破壞而降雨量 360mm 與 720mm 則產生坡地破壞，兩者發生破壞深度相似但破壞時間不同，降雨強度 愈大，愈快發生破壞。第四章之討論吾人可知，陡坡坡地破壞可能因 降雨入滲導致土壤虹吸變小，導致土壤抗剪強度減弱所產生。總降雨
量為 180mm 時，在降雨過程中，其入滲濕鋒下降最淺，在降雨過後
入滲之壓力水頭重組時，土壤之壓力水頭亦未達破壞之臨界壓力水
頭，因此不發生破壞。總降雨量為360mm及 720mm時，則在降雨過 程中即發生破壞。此外，降雨強度愈大，其入滲濕鋒下降速度愈快，
愈快發生破壞。
延時之影響
接下來探討延時對陡坡淺崩塌之影響，圖 5.19 至圖 5.21 分別表 示均勻降雨4小時、8小時及16 小時下，總降雨量為360mm之坡地 破壞模擬結果。由圖 5.19至圖 5.21 可發現，降雨延時4 小時不發生 破壞，降雨延時 8 小時與 16 小時則發生破壞，但破壞深度與發生破 壞之時間卻不同，降雨強度愈大，破壞深度愈淺，且延時愈長，愈晚 發生破壞。這是因為，在相同總降雨量下，降雨延時愈短，降雨強度 愈大，其累積入滲量愈小，在降雨過程中，入滲濕鋒下降之位置愈淺，
因此，降雨延時 4小時不發生破壞。然而，降雨強度愈大，土層表面 愈易達飽和。因此，在降雨延時為 8小時下，土層表面於降雨過程中 達飽和，其破壞發生於土壤壓力水頭接近飽和處。在降雨延時為 16 小時下，則於降雨過程中土層皆未達飽和，其破壞發生於未飽和壓力 水頭較小處，即破壞深度較深處。
雨型之影響
進一步探討雨型對陡坡淺崩塌之影響，圖 5.22 至圖 5.25 分別表 示時變降雨作用下，四種代表雨型，連續降雨8小時，總降雨量360mm 之坡地破壞模擬結果。由圖 5.22 至圖 5.25 可知，雨型嚴重影響壓力 水頭隨時間變化情況。此外，不同雨型亦影響發生破壞之時間與破壞 深度。其中，前進型最快發生破壞，均勻型次之，後退型最慢，且後
均勻型最小。
由上述可知，降雨之雨量、延時及雨型嚴重影響未飽和虹吸之變 化。因此，降雨雨量、延時及雨型對陡坡發生未飽和淺崩塌之破壞深 度與破壞時間有重大之影響。此外，降雨之雨量、延時及雨型亦明顯 影響陡坡淺崩塌是否發生。綜合上述，進一步模擬不同雨型達破壞之 雨量及延時，如圖5.26，由圖中可知，在降雨延時 8小時下，均勻型 及前進型較中央型及後退型易發生破壞，在降雨延時 20 小時下，後 退型及中央型較均勻型及前進型易發生破壞。此外，總降雨量未達
240mm或降雨延時小於 4.5小時，則四種雨型皆不發生破壞。
由 5.15 及圖 5.26 可清楚了解降雨特性對緩坡與陡坡淺崩塌發生 之影響。降雨量愈小，以及降雨延時愈短，緩坡與陡坡皆不易發生崩 塌。此外，在降雨延時短時，如降雨延時6小時，雨型對陡坡與緩坡 之影響相同，即前進型與均勻型似乎較中央型與後退型易發生破壞。
亦即降雨延時短，降雨強度大，則累積入滲量為影響緩坡與陡坡淺崩 塌發生之主要因素。在降雨延時長時，如降雨延時 20 小時，雨型亦 明顯影響陡坡淺崩塌發生。此因為，不同雨型之降雨強度隨時間變化 有所不同，其入滲之虹吸變化亦有所不同。然而，在降雨延時長時，
雨型對緩坡淺崩塌之影響不大。大部份雨水入滲至土壤，四種雨型之 累積入滲量接近相同，因此，破壞之臨界降雨量則趨於一致。
第六章 結論與建議
本章除了對本研究之結果做綜合性說明外，並對未來研究方向提 出建議。
6.1 結論
本研究利用理查氏方程式配合無限邊坡穩定理論，探討降雨引發 之坡地淺崩塌。研究中，首先探討降雨引發陡坡及緩坡淺崩塌之類型 與機制，並依據其結果，推導降雨引發坡地淺崩塌之充分條件，再進 一步探討降雨特性，包括雨量、延時及雨型，對坡地淺崩塌之影響。
本研究之結論如下所述：
1. 坡地坡度大於土壤內摩擦角，即陡坡時，淺崩塌可能發生於土壤 未飽和或飽和處，也就是土壤壓力水頭為負或正之處。降雨入滲 導致土壤虹吸減小或壓力水頭變大，皆可能引發崩塌。此外，降 雨亦可能不會引發陡坡淺崩塌，此結果與不考慮土壤凝聚力時，
陡坡必定發生破壞之結論有所差異，顯示土壤凝聚力之重要性。
2. 坡地坡度小於土壤內摩擦角，即緩坡時，與陡坡最大之不同在 於，緩坡破壞似乎不可能發生在未飽和土壤處。這是因為，陡坡 與緩坡破壞包絡線之斜率不同，使得緩坡破壞包絡線之臨界壓力 水頭皆大於零。因此，緩坡與陡坡皆可能發生因降雨入滲導致地 下水位上升所引發之飽和坡地淺崩塌，但緩坡卻不會發生因降雨 入滲土壤虹吸減小所引發之坡地淺崩塌。
3. 根據陡坡及緩坡發生破壞之類型與機制，以及降雨入滲地下水壓 力水頭變化必定會發生於初始壓力水頭分佈線與穩態壓力水頭
之結果。吾人可推導出地下水位上升引發坡地淺崩塌之充分條 件，此充分條件可作為工程上判別坡地破壞之簡易方法，但是坡 地破壞之時間，則需要經由數值計算才能獲悉。
4. 由降雨引發坡地淺崩塌之充分條件可知，土壤凝聚力愈小，坡度 愈大、內摩擦角愈小，或初始地下水位深度與土層厚度之比值愈 小，即初始地下水位愈高，皆愈容易產生坡地破壞。
5. 降雨之雨量、延時及雨型與坡地之入滲有明顯關係。因此，雨量、
延時及雨型與是否引發坡地淺崩塌息息相關。降雨量愈大，以及 相同降雨量下降雨延時愈長，皆愈易發生崩塌。此外，雨型亦嚴 重影響坡地淺崩塌之發生。
6. 降雨雨量、延時及雨型對土壤虹吸減小引發陡坡未飽和淺崩塌之 破壞深度與破壞時間有重大之影響。
6.2 建議
本研究建議將來可進一步探討之方向陳列如下以供參考：
1. 本研究僅考慮坡地地下水流引致崩塌，未來可進一步結合地表水 流計算，探討漫地流對地下水流及崩塌之影響，並比較結果。
2. 本研究於計算降雨過後入滲重組時，未考慮蒸散作用及土壤水分 遲滯現象之影響，未來可結合並探討對坡地淺崩塌之影響。
3. 本研究僅考慮水流對坡地淺崩塌之影響，未來可進一步結合其他 坡地影響因素，如植生等。
4. 本研究僅以一維理查方程式模擬地下水流，未來可進一步利用二 維理查方程式計算地下水流。
參考文獻
陶方策，「有限解析法在未飽和層水流應用之研究」，國立台灣大學 土木工程學研究所碩士論文，1995。
許少華、倪春發，「以理查氏方程式數值解比較常用入滲公式」，中 國土木水利工程學刊，第十一卷，第二期，327－336, 1999。 禇淑慧，「改善未飽和水流傳輸模式質量守恆與數值擴散問題之研
究」，國立交通大學土木工程學研究所碩士論文，2001。
陳進發，「未飽和層土壤水平衡模式解析及其應用之研究」，國立成 功大學資源工程學研究所博士論文，2002。
楊岳達，「未飽和層一維入滲解析之研究」，國立成功大學資源工程 學研究所碩士論文，2003。
李伯亨，「入滲效應與土石流發生臨界雨量線之探討及應用」，國立 台北科技大學環境規劃與管理研究所碩士論文，2003。
盧綉真，「雨型與入滲對運動波漫地流之影響分析研究」，國立交通 大學土木工程學研究所碩士論文，2004。
Brandt, A., Bresler, E., Diner, N., Ben-Asher, I., Heller, J., and Goldberg, D., “Infiltration from a trickle source:i, mathematical models＂, Soil Sci. Soc. Am. Proc., Vol. 35, 675~682, 1971.
Broadbridge, P., and White, I., “Constant Rate Infiltration: A Versatile Nonlinear Model, 1. Analytic Solution.＂Water Resour. Res., Vol. 24, No. 1, 145~154, 1988.
Brooks, R. H., and Corey A. T., “Properties of porous media affecting fluid flow,＂ J. Irrig. Drain Div. Am. Soc. Civ. Eng., 92(IR2), 61-88, 1964.
U.S. Dept. of Dept. of Agr. Bureau of Soils, Washington, D.C. , 1907.
de Campos, T. M. P., Menezes, M. S. S., “A proposed procedure for slope stability analysis in tropical soils.＂Proc., 6th Int. Symp. On landslides, Christchurch, New Zealand, Balkema, Rotterdam, The Netherlands, Vol. 2, 1351~1355, 1991.
Celia, M. A., Bouloutas, E. T., and Zarba, R. L., “A General Mass-Conservation Numerical Solution for the Unsaturated Flow Equation.＂ Water Resour. Res., Vol. 26, No. 7, 1483~1496, 1990.
Chiang C. Mei, “Mathematical analysis in engineering : How to Use Basic Tools.＂ Cambridge University Press, 1997.
Collins, Brian D., and Znidarcic, D., “Stability Analyses of Rainfall Induced Landslides＂ ASCE., April, 362~372, 2004.
Cruden, D. M. and Varnes, D. J., “Landslide Types and Processes.＂ Landslides:Investigation and Mitigation. Washington DC:
Transportation Research Board, National Academy of Sciences, Chapter 3, July.
Fannin, R. J., and Jakkola, J., “Hydrological response of hillslope soils above a debris-slide headscarp.＂ Can. Geotech. J., Vol. 36, No. 6, 111~1122, 1999.
Fredlund, D. G., and Rahardjo, H., “Soil mechanics for unsaturated soils.＂Wiley, New York, 1993.
Green, W. H., and C. A. Ampt, “Studies on soil physics, 1, Flow of air and water through soils” J. Agr. Sci., 4, 1, 1911.
Haverkamp, R., Vauclin, M., Touma, J., Wierenga, P. J., and Vachaud, G.,
“A comparison of Numerical Simulation Models for One-dimensional Infiltration.” Soil Sci. Soc. Am. J., Vol. 41, 285~294, 1977.
Hills, R. G., Porro, I., Hudson, D. B. and Wierenga, P. J., “Modeling one-dimensional infiltration into very dry soils. 1. Model development and evaluation.” Water Resour. Res., Vol. 25, 1259~1269, 1989.
Horton, R. E., “The role of infiltration in the hydrologic cycle.” Trans.
Am. Geophys. Union, Vol. 14, 446~460, 1933.
Hurley, D. G., and Pantelis, G., “Unsaturated and saturated flow through a thin porous layer on a hillslope.＂ Water Resour. Res., Vol.
21, 821~824, 1985.
Iverson, R. M., “Landslide triggering by rain infiltration＂ Water Resour. Res., Vol. 36, 1897~1910, 2000.
J. L. M. P. de Lima, and V. P. Singh, “The influence of the moving rainstorms on overland flow.” Advances in Water Resources, 25:817~828, 2002.
Johnson, K. A., and Sitar, N., “Hydrologic conditions leading to debris-flow initiation.＂Can. Geotech. J., Vol. 27, 789~801, 1990.
Milly, P.C.D., “Advances in Modeling of Water in the Unsaturated Zone.＂Transport in Porous Media, 3, 491~525, 1988.
Neuman, S. P., “Saturated–unsaturated Seepage by Finite Elements.＂J.
Hydraulic. Div. Am.Aoc. Civ. Eng., 99(HY12), 2233-2250, 1973.
Ng, C. W. W., Wang, B. and Tung, Y. K.,“Three-dimensional numerical investigation of groundwater responses in an unsaturated slope subjected to various rainfall patterns.＂ Can. Geotech. Jour., Vol. 38, 1049~1062, 2001.
Philip, J. R., “The theory of infiltration: 1. The infiltration equation and its solution.” Soil Sci. Vol. 83, No. 5, 345~357, 1957.
analyses involing unsaturated soils. ” Developments in deep foundations and ground improvement schemes, Balkema, Rotterdam, The Netherlands, 33~56, 1995.
Richard, L. A., “Capillary conduction of liquids through porous mediums.” Physics, Vol. 1, 318~333, 1931.
Romano, N., Brunone, B., Satini, A., “ Numerical analysis of one-dimensional unsaturated flow in layered soils.＂Advances in Water Resour., Vol. 21, No. 4, 315~324, 1998.
Segol. G., “Classic Groundwater Simulations.＂PRT Prentice Hall,
Segol. G., “Classic Groundwater Simulations.＂PRT Prentice Hall,