經濟部中央地質調查所 109 年度勞務採購案正式報告書

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(1)計畫編號：B10923. 經濟部中央地質調查所 109 年度勞務採購案正式報告書. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 本年度計畫：自. 109 年 1 月至. 109 年 12 月止. 全程計畫：自. 106 年 4 月至. 110 年 12 月止. 執行單位：國立交通大學財團法人中興工程顧問社. 中. 華. 民. 國. 109 年. 12 月.

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(3) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5) 期末報告書. 目錄目錄 ................................................................................................................... I 圖目錄 ............................................................................................................. V 表目錄 ......................................................................................................... XIV 計畫摘要 .......................................................................................................... 1 一、計畫概述 ................................................................................................ 3 (一) 整體計畫概述.......................................................................................... 3 1. 研究目的、計畫背景、整體構想 ........................................................... 3 2. 工作內容概述 ........................................................................................... 3 3. 計畫執行大綱 ........................................................................................... 5 4. 計畫成果效益及其應用 ......................................................................... 22 (二) 109(本)年度計畫概述............................................................................ 23 1. 本年度工作項目 ..................................................................................... 23 2. 預期成果及具體績效 ............................................................................. 26 3. 交付項目 ................................................................................................. 27 (三) 計畫執行方法及進行步驟 ................................................................... 28 二、坡地場址地質調查 .............................................................................. 30 (一) 方法論述................................................................................................ 30 1. 地表地質調查 ......................................................................................... 30 2. 地質鑽探取樣 ......................................................................................... 33 3. 孔內試驗 ................................................................................................. 34 4. 地電阻剖面法 ......................................................................................... 44 5. 主動/被動表面波震測法 ........................................................................ 48 6. 室內土壤與岩石試驗 ............................................................................. 51 (二) 成果解釋................................................................................................ 52 1. 區域地質調查工作 ................................................................................. 52 2. 地質鑽探 ................................................................................................. 57 3. 地表地質調查 ......................................................................................... 65 4. 孔內試驗 ................................................................................................. 72 5. 地電阻剖面法 ......................................................................................... 82 I. 財團法人中興工程顧問社.

(4) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 6. 主動/被動表面波震測法 ........................................................................ 86 7. 室內土壤與岩石試驗 ............................................................................. 96 (三) 地質模型綜合判釋 ............................................................................... 98 三、三維水文地質模型建立及驗證............................................................ 99 (一) 三維水文地質概念模型建立 ............................................................... 99 1. 數值模式網格設定 ............................................................................... 99 2. 地下分層劃分 ..................................................................................... 102 3. 邊界及初始條件設定 ......................................................................... 104 4. 水文地質參數設定 ............................................................................. 106 5. 三維地下水流模式建置 ..................................................................... 108 (二) 三維地下水流場分析 ......................................................................... 110 1. 三維地下水流模式建置及 HydroGeoSphere(HGS)模式之介紹 ..... 110 2. 三維地下水流模式參數率定與驗證 ................................................. 112 四、三度空間坡地活動性評估系統建置 .................................................. 120 (一)方法論述 ............................................................................................... 120 1. 地表量測 ............................................................................................... 120 2. 地下觀測 ............................................................................................... 121 3. 地動觀測 ............................................................................................... 132 (二)監測資料成果 ....................................................................................... 146 1. 地表量測系統建置 ............................................................................... 146 2. 地下觀測系統成果 ............................................................................... 153 3. 地動觀測系統 ....................................................................................... 158 五、動態水文條件下之破壞力學研析 ...................................................... 165 (一) 研析方法論述...................................................................................... 165 1. 淺層不飽和行為及滑動機制 ............................................................... 165 2. 深層重力變形行為及滑動機制 ........................................................... 168 3. 常用山崩數值模擬程式評析 ............................................................... 171 4. 坡體破壞影響範圍評估 ....................................................................... 173 5. 案例研究與分析流程 ........................................................................... 174 (二) 案例成果研析...................................................................................... 176 1. 二維水文地質概念模型建立 ............................................................... 176 2. 穩定性評估及情境模擬 ....................................................................... 178 3. 山崩門檻值初探 ................................................................................... 182 II. 財團法人中興工程顧問社.

(5) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 4. 深層滑動之動態水文條件及其破壞行為分析 ................................... 187 5. 破壞情境模擬下坡影響範圍 ............................................................... 196 六、梵梵場址持續觀測及回饋分析.......................................................... 208 (一) 背景概述.............................................................................................. 208 (二) 梵梵場址持續觀測成果 ..................................................................... 212 1. 地表觀測成果 ..................................................................................... 212 2. 地下觀測成果 ..................................................................................... 215 3. 地動觀測成果 ..................................................................................... 221 4. 新增監測工項 ..................................................................................... 228 (三) 梵梵場址二維穩定性評估及情境模擬回饋分析 ............................. 241 1. 二維降雨入滲-地下水滲流-邊坡穩定性分析模式 .......................... 241 2. 梵梵場址回饋分析 ............................................................................. 243 (四) 梵梵場址山崩門檻值精進研究 ......................................................... 254 1. 降雨誘發山崩門檻值探討 ................................................................. 254 2. 地震誘發山崩門檻值探討 ................................................................. 254 (五) 梵梵場址破壞情境下坡影響範圍精進評估 ..................................... 255 七、執行成果綜合論述 .............................................................................. 264 (一) 計畫成果總述...................................................................................... 264 1. 霧鹿場址坡地場址地質調查 ............................................................. 264 2. 霧鹿場址三維水文地質模型建立及驗證 ......................................... 264 3. 霧鹿場址三度空間坡地活動性評估系統建置 ................................. 264 4. 霧鹿場址動態水文條件下之破壞力學分析 ..................................... 265 5. 梵梵場址持續觀測及回饋分析 ......................................................... 265 (二) 建議事項.............................................................................................. 267 1. 三維降雨入滲-滲流-穩定性耦合分析技術精進 .............................. 267 2. 霧鹿場址補充調查、持續觀測及回饋分析建議 ............................. 267 3. 梵梵場址補充調查、持續觀測及回饋分析建議 ............................. 267 A.SUMMARY OF PROJECT ACHIEVEMENTS .................................................. 268 a.Hydrogeological investigations on Wulu site .......................................... 268 b.Three-dimensional hydrogeological model on Wulu site ....................... 268 c.Monitoring system in understanding Slope activity at the Wulu site ...... 269 d.Deformation mechanism analysis under dynamic hydrological condition (Wulu site) .................................................................................................. 269 e.Continuation observation and refined analysis of Fanfan site ................ 269 III. 財團法人中興工程顧問社.

(6) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. B.SUGGESTED ISSUES ................................................................................... 270 a.Advancement of 3D infiltration-seepage-slope stability coupled analysis .................................................................................................................... 270 b.Recommendations for supplementary surveys, continuous observations, and feedback analysis (Wulu site) .............................................................. 270 c.Recommendations for supplementary surveys, continuous observations, and feedback analysis (Fanfan site) ........................................................... 271 參考文獻 ...................................................................................................... 272 附錄一、審查及工作會議意見答覆二、地質鑽探岩芯照片三、孔內試驗成果四、室內土壤與岩石試驗成果五、主被動表面波震測原理與施作介紹六、圖版. IV. 財團法人中興工程顧問社.

(7) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 圖目錄圖 1.1.3-1 霧鹿主剖面地球物理綜合成果 ...................................................... 7 圖 1.1.3-2 影響相對震波速度變化的可能機制 ............................................ 12 圖 1.1.3-3 坡地場址穩定性及可能影響範圍評估流程圖 ............................ 17 圖 1.1.3-4. D160 茶山場址監測與時序資料................................................... 20. 圖 1.1.3-5 水載降雨荷重壓密作用模型 ........................................................ 21 圖 1.1.3-6. D008 車心崙場址地質剖面與電阻剖面影像 .............................. 22. 圖 1.3-1 本計畫工作流程圖............................................................................ 28 圖 1.3-2 本計畫甘梯圖(Gantt Chart) .............................................................. 29 圖 2.1.1-1 霧鹿場址之坡度圖......................................................................... 31 圖 2.1.1-2 場址地質模式 AA’剖面模式 I ................................................. 32 圖 2.1.1-3 場址地質模式 AA’剖面模式 II ................................................ 32 圖 2.1.1-4 場址地質模式 BB’剖面 .............................................................. 33 圖 2.1.3-1 不連續面統計成果及位態投影 .................................................... 35 圖 2.1.3-2 平面型弱面與鑽孔斜交呈現之正弦軌跡 .................................... 36 圖 2.1.3-3 自然電位井測訊號的測錄變化 (USGS，1990) ......................... 37 圖 2.1.3-4 鑽孔受泥漿浸污示意圖 ................................................................ 38 圖 2.1.3-5 不同地層、岩性及水質的電阻率分布(Palacky，1987) ............. 38 圖 2.1.3-6 自然伽瑪射線強度及粉土與黏土含量關係 ................................ 39 圖 2.1.3-7 溫度感應器周圍溫度流動示意圖 ................................................ 39 圖 2.1.3-8 熱脈衝式流速儀調查結果 ............................................................ 40 圖 2.1.3-9 鑽孔井徑調查結果......................................................................... 41 圖 2.1.3-10 雙封塞水力試驗系統及施作示意圖 .......................................... 42 圖 2.1.3-11 定水頭注水試驗試驗紀錄(左為壓力歷線、右為流量歷線).... 43 圖 2.1.3-12 封塞水力試驗資料與理論曲線匹配結果 .................................. 44 圖 2.1.4-1 地電阻影像探測的各種排列方式 ................................................ 45 圖 2.1.4-2 前期車心崙邊坡二維地電阻率影像剖面圖(實績)...................... 46 圖 2.1.4-3 地電阻測線規劃(藍色線條) .......................................................... 46 圖 2.1.4-4 二維地電阻影像探測法現場施作流程 ........................................ 47 V. 財團法人中興工程顧問社.

(8) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 圖 2.1.5-1 霧鹿場址調查主被動表面波震測調查點位示意圖 .................... 49 圖 2.1.5-2 表面波震測現場施作狀況 ............................................................ 50 圖 2.1.5-3 被動式震測現場狀況 .................................................................... 51 圖 2.2.1-1 場址正射影像圖............................................................................. 52 圖 2.2.1-2 69 年之航空照片............................................................................ 53 圖 2.2.1-3 79 年之航空照片判釋成果 ........................................................... 54 圖 2.2.1-4 87 年之航空照片判釋成果 ........................................................... 54 圖 2.2.1-5 97 年之航空照片判釋成果 ........................................................... 55 圖 2.2.1-6 108 年之航空照片判釋成果 ......................................................... 55 圖 2.2.1-7 本場址之區域地質圖 .................................................................... 57 圖 2.2.2-1 地質鑽孔配置圖............................................................................. 60 圖 2.2.2-2 鑽孔岩芯柱狀圖............................................................................. 61 圖 2.2.2-3 鑽探進尺與地下水位變化關係圖 ................................................ 64 圖 2.2.2-4 霧鹿場址水位觀測井井體設計示意圖 ........................................ 65 圖 2.2.3-1 弱面位態投影統計圖 .................................................................... 66 圖 2.2.3-2 現地調查照片及拍攝位置 ............................................................ 68 圖 2.2.3-3 霧鹿場址地表地質圖 .................................................................... 69 圖 2.2.3-4 霧鹿場址地表地質 AA 剖面圖..................................................... 70 圖 2.2.3-5 霧鹿場址地表地質 BB 剖面圖 ..................................................... 71 圖 2.2.4-1 109-WL-2TC 鑽孔不連續面位態分布圖 ..................................... 73 圖 2.2.4-2 109-WL-3W 鑽孔不連續面位態分布圖....................................... 74 圖 2.2.4-3 109-WL-2TC 鑽孔不連續面位態立體投影圖與統計分析結果 . 75 圖 2.2.4-4 109-WL-3W 鑽孔不連續面位態立體投影圖與統計分析結果 .. 75 圖 2.2.4-5 109-WL-2TC 鑽孔音波反射振幅的井徑模擬結果 ..................... 76 圖 2.2.4-6 109-WL-3W 鑽孔音波反射振幅的井徑模擬結果....................... 76 圖 2.2.4-7 109-WL-2TC 鑽孔孔內井測結果 ................................................. 78 圖 2.2.4-8 109-WL-3W 鑽孔孔內井測結果 ................................................... 79 圖 2.2.5-1 109-WL-ERT-01 WennerShlumberger 電極排列法結果 .............. 82 圖 2.2.5-2 109-WL-ERT-1-2 WennerShlumberger 電極排列法結果 ............. 83 VI. 財團法人中興工程顧問社.

(9) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 圖 2.2.5-3 109-WL-ERT-02 WennerShlumberger 電極排列法結果 .............. 84 圖 2.2.5-4 109-WL-ERT-03 Pole-Pole 電極排列法結果................................ 84 圖 2.2.6-1. MASW-P1 分析成果 ...................................................................... 87. 圖 2.2.6-2. MASW-P2 分析成果 ...................................................................... 88. 圖 2.2.6-3. MASW-P3 分析成果 ...................................................................... 89. 圖 2.2.6-4. MASW-P4 分析成果 ...................................................................... 90. 圖 2.2.6-5. MASW-P5 分析成果 ...................................................................... 91. 圖 2.2.6-6. MASW-P6 分析成果 ...................................................................... 92. 圖 2.2.6-7. MASW-L1 剪力波速影像剖面 ..................................................... 93. 圖 2.2.6-8. MASW-L2 剪力波速影像剖面 ..................................................... 94. 圖 2.2.6-9. MASW-L3 剪力波速影像剖面 ..................................................... 95. 圖 2.3-1. A、B 區的地形衍育示意圖 ............................................................. 98. 圖 3.1.1-1 霧鹿場址數值地形及模擬網格初步劃分 .................................. 101 圖 3.1.2-1 霧鹿場址之三維地下分層模型 .................................................. 103 圖 3.1.3-1 雨量站位置及其相關資料 .......................................................... 105 圖 3.1.3-2 霧鹿場址邊界條件設定 .............................................................. 106 圖 3.1.4-1 霧鹿場址土壤水分特性曲線分析成果 ...................................... 107 圖 3.1.5-1 霧鹿場址現地鑽孔地下水位、土壤含水量與降雨量分布 ...... 109 圖 3.2.1-1 區域水文循環概念模型與數值模擬示意圖 .............................. 110 圖 3.2.2-1 霧鹿場址穩態三維地下水流場及地質剖面含水量分布 .......... 114 圖 3.2.2-2 霧鹿場址低水位及高水位模擬結果與觀測水位之比較 .......... 115 圖 3.2.2-3 考慮透水係數及孔隙率不確定性之分析水位與模擬水位之比較 ........................................................................................................................... 117 圖 3.2.2-4 霧鹿場址低水位(109/09/03)三維地下水流場之空間分布 ....... 118 圖 3.2.2-5 霧鹿場址高水位(109/05/20)三維地下水流場之空間分布 ....... 119 圖 4.1.2-1. TDR 量測系統示意圖 ................................................................. 122. 圖 4.1.2-2. TDR 量測系統與訊號傳遞接收示意圖 ..................................... 122. 圖 4.1.2-3. TDR 變形監測之反射訊號與原理 ............................................. 123. 圖 4.1.2-4. TDR 錯動變形量化分析方法 ..................................................... 123. 圖 4.1.2-5. TDR 剪動監測纜安裝標準流程 ................................................. 125 VII. 財團法人中興工程顧問社.

(10) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 圖 4.1.2-6 109-WL- 2TC TDR 監測纜線安裝現況 (TDR 剪動監測)........ 126 圖 4.1.2-7 109-WL-4T TDR 監測纜線安裝現況 (TDR 剪動監測) ........... 126 圖 4.1.2-8 109-WL-2TC 監測儀器箱安裝現場配置 (TDR 剪動監測) ..... 127 圖 4.1.2-9 109-WL-4T 監測儀器箱安裝現場配置 (TDR 剪動監測) ........ 127 圖 4.1.2-10. Decagon 土壤含水量感測器 GS3 ............................................. 128. 圖 4.1.2-11 109-WL-2TC 淺層含水量監測(a)安裝過程實況; (b)完工實況 ........................................................................................................................... 128 圖 4.1.2-12 水位計安裝示意圖..................................................................... 129 圖 4.1.2-13. Geostar 9550 電壓式水壓計 ...................................................... 130. 圖 4.1.2-14 即時水位監測站資料傳輸架構 ................................................ 130 圖 4.1.2-15 109-WL-1W 即時水位監測站與監測孔位完工實況............... 130 圖 4.1.2-16 109-WL-3W 即時水位監測站與監測孔位完工實況............... 131 圖 4.1.2-17 109-WL-5W 即時水位監測站與監測孔位完工實況............... 131 圖 4.1.3-1 寬頻地震儀器 CMG6TD 儀器配置及簡易安裝流程示意圖 .... 133 圖 4.1.3-2. Trillium Compact 寬頻地震儀與 DATA-CUBE3 儀器配置圖 .. 134. 圖 4.1.3-3 短週期儀器配置情形 .................................................................. 135 圖 4.1.3-4 地聲檢知器儀器配置情形 .......................................................... 135 圖 4.1.3-5 時頻圖示意範例，顏色代表 PSD 強度 (dB 相對於(m/s)2/Hz)137 圖 4.1.3-6 主動源與被動周遭噪訊源應用於量測坡地內部震波速度變化之示意圖 ............................................................................................................... 138 圖 4.1.3-7 震波速度擾動(dv/v)之物理機制來源示意圖，以 A-B 測站對下方岩體材料為例 ................................................................................................... 139 圖 4.1.3-8 相對速度變化(dv/v)、地下水位、地表降雨等歷時資料(Mainsant et al., 2012) ........................................................................................................ 140 圖 4.1.3-9 透過拉張法量測震波速度擾動(dv/v)示意圖。 ......................... 141 圖 4.1.3-10 剪力波波速擾動對應之不同頻率的敏感深度變化情形 (Obermann et al., 2015)..................................................................................... 142 圖 4.1.3-11. (左)震波式土砂監測技術主要地表振動來源示意圖 .............. 142. 圖 4.2.1-1 霧鹿 GPS、RTK A、B 測線標點與測站基線解算配置圖 ....... 147 圖 4.2.1-2 連續 GPS 測站之時序圖 ............................................................. 150 圖 4.2.1-3. RTK A 測線每期量測之間的地表位移量 .................................. 151 VIII. 財團法人中興工程顧問社.

(11) 經濟部中央地質調查所. 圖 4.2.1-4. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. RTK B 測線每期量測之間的地表位移量 .................................. 152. 圖 4.2.2-1 109-WL-2TC TDR 監測波形 ...................................................... 153 圖 4.2.2-2 109-WL-4T TDR 監測波形 ......................................................... 154 圖 4.2.2-3 109-WL-2TC 土壤體積含水量變化歷線 ................................... 155 圖 4.2.2-4 109-WL-1W 水位面高程變化逐時曲線圖................................. 156 圖 4.2.2-5 109-WL-3W 水位面高程變化逐時曲線圖................................. 156 圖 4.2.2-6 109-WL-5W 水位面高程變化逐時曲線圖................................. 157 圖 4.2.3-1 地動測站點位分佈圖 .................................................................. 160 圖 4.2.3-2 地動監測站儀器配置及安裝流程 .............................................. 160 圖 4.2.3-3 109-WL-V1 測站時頻圖 .............................................................. 161 圖 4.2.3-4 每日自相關函數干涉環圖 .......................................................... 161 圖 4.2.3-5 109-WL-V1 每日 dv/v (紅色)、地下水位(藍色)、地震影響力(綠色)、降雨(藍色)及 GPS 位移之時序資料 ..................................................... 162 圖 4.2.3-6 109-WL-V2 與 109-WL-V3 每日 dv/v (紅色)、地下水位(藍色)、地震影響力(綠色)、降雨(藍色)及 GPS 位移之時序資料 ............................ 163 圖 4.2.3-7 109-WL-V4 與 109-WL-V5 每日 dv/v (紅色)、地下水位(藍色)、地震影響力(綠色)、降雨(藍色)及 GPS 位移之時序資料 ............................ 164 圖 4.2.3-8 時頻圖與水位歷時資料 .............................................................. 164 圖 5.1.1-1 典型土壤水分特性曲線與水力傳導函數 .................................. 166 圖 5.1.1-2 不飽和土壤之莫爾庫倫破壞準則 .............................................. 167 圖 5.1.2-1 不連續面位態與深層重力變形行為之關係(Chigira, 1992) ..... 168 圖 5.1.2-2 圍壓及岩層厚度與深層重力變形行為之關係(Jaboyedoff et al., 2013) .................................................................................................................. 169 圖 5.1.2-3 岩盤潛變行為(Goodman, 1989) .................................................. 170 圖 5.1.2-4 柏格模式：左為力學模型、右為應變與時間關係(Goodman, 1989) ........................................................................................................................... 170 圖 5.1.5-1 坡地場址穩定性及可能影響範圍評估流程圖 .......................... 175 圖 5.2.1-1 霧鹿場址 AA’分析剖面水文地質概念模型 .............................. 177 圖 5.2.1-2 霧鹿場址 BB’分析剖面水文地質概念模型............................... 177 圖 5.2.2-1. AA’分析剖面各情境穩定性評估分析成果 ............................... 179. 圖 5.2.2-2. AA’分析剖面穩定性評估配合山崩微地形分析所得之關鍵塊體 IX. 財團法人中興工程顧問社.

(12) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. ........................................................................................................................... 180 圖 5.2.2-3. BB’分析剖面各情境穩定性評估分析成果................................ 181. 圖 5.2.2-4 BB’分析剖面穩定性評估配合山崩微地形分析所得之關鍵塊體 ........................................................................................................................... 182 圖 5.2.3-1. AA’分析剖面降雨誘發山崩情境設定示意圖 ........................... 183. 圖 5.2.3-2. AA’分析剖面降雨誘發山崩門檻值曲線 ................................... 183. 圖 5.2.3-3. AA’分析剖面地震誘發山崩情境設定示意圖 ........................... 184. 圖 5.2.3-4. AA’分析剖面地震誘發山崩門檻值曲線 ................................... 184. 圖 5.2.3-5. BB’分析剖面降雨誘發山崩情境設定示意圖............................ 185. 圖 5.2.3-6. BB’分析剖面降雨誘發山崩門檻值曲線 .................................... 185. 圖 5.2.3-7. BB’分析剖面地震誘發山崩情境設定示意圖............................ 186. 圖 5.2.3-8. BB’分析剖面地震誘發山崩門檻值曲線 .................................... 186. 圖 5.2.4-1. AA’剖面分析網格示意圖 ........................................................... 187. 圖 5.2.4-2. BB’剖面分析網格示意圖 ............................................................ 188. 圖 5.2.4-3. AA’剖面分析地層分布示意圖 ................................................... 188. 圖 5.2.4-4. BB’剖面分析地層分布示意圖 .................................................... 189. 圖 5.2.4-5. AA’ 剖面分析地層初始應力分布圖.......................................... 190. 圖 5.2.4-6. AA’ 剖面常時水位狀態與可能滑動之剪應變分布圖 ............. 190. 圖 5.2.4-7. AA’剖面高水位狀態與可能滑動之剪應變分布圖 ................... 191. 圖 5.2.4-8. BB’剖面分析地層初始應力分布圖 ............................................ 192. 圖 5.2.4-9. BB’剖面分析地層分布示意圖 .................................................... 192. 圖 5.2.4-10 BB’剖面高水位狀態與可能滑動之剪應變分布圖.................. 193 圖 5.2.4-11. AA’剖面邊坡潛變反算分析目前狀況之水平位移分布圖 ..... 194. 圖 5.2.4-12. AA’剖面邊坡潛變(5 年)分析水平變位分布圖 ....................... 194. 圖 5.2.4-13. AA’剖面推估坡面主要潛變位移隨時間變化圖 ..................... 195. 圖 5.2.4-14 BB’剖面邊坡潛變反算分析目前狀況之水平位移分布圖 ..... 195 圖 5.2.4-15 BB’剖面邊坡潛變(5 年)分析水平變位分布圖 ........................ 196 圖 5.2.4-16 BB’剖面推估坡面主要潛變位移隨時間變化圖...................... 196 圖 5.2.5-1 霧鹿場址 AA’剖面關鍵塊體 RAMMS 數值模擬歷程圖 ......... 200 圖 5.2.5-2 霧鹿場址 AA’剖面關鍵塊體 RAMMS 數值模擬堆積圖 ......... 201 X. 財團法人中興工程顧問社.

(13) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 圖 5.2.5-3 霧鹿場址 CC’剖面線位置 ........................................................... 202 圖 5.2.5-4 霧鹿場址 AA’剖面關鍵塊體-CC’剖面崩塌前後地形比較圖 .. 203 圖 5.2.5-5 霧鹿場址 BB’剖面關鍵塊體 RAMMS 數值模擬歷程圖.......... 204 圖 5.2.5-6 霧鹿場址 BB’剖面關鍵塊體 RAMMS 數值模擬堆積圖.......... 205 圖 5.2.5-7 霧鹿場址 DD’剖面線位置 .......................................................... 206 圖 5.2.5-8 霧鹿場址 BB’剖面關鍵塊體-DD’剖面崩塌前後地形比較圖 .. 207 圖 6.1-1. D007 梵梵場址地表地質圖............................................................ 209. 圖 6.1-2 場址地質剖面圖.............................................................................. 210 圖 6.2.1-1 梵梵場址 RTK 量測測線標點配置圖......................................... 212 圖 6.2.1-2 梵梵場址 20191107-20200812 靜態基線測量解算偏移量圖 ... 213 圖 6.2.1-3. RTK 點位於 20200429-20200812 間的地表位移量 .................. 214. 圖 6.2.1-4 梵梵場址 D0703 測站靜態基線測量解算與梵梵區域雨量時序圖 ........................................................................................................................... 214 圖 6.2.1-5 梵梵場址 D0708 測站靜態基線測量解算時序圖 ..................... 215 圖 6.2.2-1 108-D007-2T TDR 監測波形：(a)(b)全深度，(c)(d)局部放大剪動帶 ....................................................................................................................... 216 圖 6.2.2-2 108-D007-3T TDR 監測波形....................................................... 216 圖 6.2.2-3 108-D007-2T 剪動帶反射係數尖峰值變化歷線 ...................... 217 圖 6.2.2-4 108-D007-2T 剪動探討 (a) 108-D007 日雨量；(b) 剪動帶反射係數尖峰值；(c)108-D007-1W 地下水位；(d)108-D007-4W 地下水位 ......... 218 圖 6.2.2-5 108-D007-3T 土壤體積含水量變化歷線 .................................. 219 圖 6.2.2-6 108-D007-1W 水位面高程變化逐時曲線圖 .............................. 220 圖 6.2.2-7 108-D007-4W 水位面高程變化逐時曲線圖 .............................. 221 圖 6.2.3-1 108-D007 梵梵場址地動監測站分佈 ......................................... 222 圖 6.2.3-2 108-D007-V1 表面波深度敏感度分析成果 ............................... 223 圖 6.2.3-3 108-D007-V1 每日 dv/v(紅色)與地下水位(藍色)、地震影響力(綠色)及降雨(藍色)之時序資料。 ....................................................................... 224 圖 6.2.3-4 108-D007-V2 表面波深度敏感度分析成果 ............................... 225 圖 6.2.3-5 108-D007-V2 每日 dv/v(紅色)與地下水位(藍色)、地震影響力(綠色)、TDR 反射訊號(黑灰色)及降雨(藍色)之時序資料。 ........................... 225 圖 6.2.3-6 108-D007-V2 剪動深度評估分析成果 ....................................... 226 XI. 財團法人中興工程顧問社.

(14) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 圖 6.2.3-7 108-D007-V3 表面波深度敏感度分析成果 ............................... 226 圖 6.2.3-8 108-D007-V3 每日 dv/v(紅色)與地下水位(藍色)、地震影響力(綠色)及降雨(藍色)之時序資料。 ....................................................................... 227 圖 6.2.3-9 108-D007-V4、V5 及 V6 每日 dv/v(紅色)、地震影響力(綠色)及降雨(藍色)之時序資料。 ................................................................................ 228 圖 6.2.4-1 考慮不同 τ 值(lapse time)，sensitivity Kernel K 在深度上的分佈情形 ................................................................................................................... 229 圖 6.2.4-2 地下水位 GWL 反應邊坡底下震波速度擾動的示意圖 ........... 230 圖 6.2.4-3 108-D007-V7 每日觀測(紅色)及預測(黑色)dv/v、觀測(藍色)及預測(藍色虛實線)地下水位、地震影響力(綠色)、TDR 反射訊號(黑灰色)及降雨(藍色)之時序資料。 ................................................................................ 231 圖 6.2.4-4 108-D007-V7 表面波深度敏感度分析成果 ............................... 231 圖 6.2.4-5 108-D007-V7 表面波深度敏感度分析成果 ............................... 232 圖 6.2.4-6 時序地電阻影像探測成果圖 ...................................................... 233 圖 6.2.4-7 時序地電阻影像現場佈設照片圖 .............................................. 234 圖 6.2.4-8 108-D007-ERT-01 地電阻影像剖面法成果圖(108 年度成果).. 234 圖 6.2.4-9 20201127 地電阻影像成果圖...................................................... 236 圖 6.2.4-10 20201128 地電阻影像成果圖.................................................... 236 圖 6.2.4-11 20201129 地電阻影像成果圖 .................................................... 236 圖 6.2.4-12 20201130 地電阻影像成果圖.................................................... 236 圖 6.2.4-13 20201130 時序地電阻影像成果圖 ........................................... 237 圖 6.2.4-14 20201130 時序地電阻影像成果圖 ........................................... 237 圖 6.2.4-15 20201130 時序地電阻影像成果圖 ........................................... 237 圖 6.2.4-16 20201210 地電阻影像成果圖 ................................................... 238 圖 6.2.4-17 202012110900 地電阻影像成果圖............................................ 238 圖 6.2.4-18 20201211-2100 地電阻影像成果圖 .......................................... 238 圖 6.2.4-19 20201212-2100 地電阻影像成果圖 .......................................... 238 圖 6.2.4-20 20201213-2100 地電阻影像成果圖 .......................................... 239 圖 6.2.4-21 20201210-21:00 時序地電阻影像成果圖 ................................. 239 圖 6.2.4-22 20201211-9:00 時序地電阻影像成果圖 ................................... 240 圖 6.2.4-23 20201211-21:00 時序地電阻影像成果圖 ................................. 240 XII. 財團法人中興工程顧問社.

(15) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 圖 6.2.4-24 20201212-21:00 時序地電阻影像成果圖 ................................. 240 圖 6.2.4-25 20201213-21:00 時序地電阻影像成果圖 ................................. 240 圖 6.3.1-1 二維降雨入滲-地下水滲流-邊坡穩定性分析流程圖................ 242 圖 6.3.2-1. D007 梵梵場址之水文地質模型................................................. 243. 圖 6.3.2-2 不同參數 a 之土壤水分特性曲線............................................... 244 圖 6.3.2-3 不同參數 n 之土壤水分特性曲線 .............................................. 244 圖 6.3.2-4 不同參數 m 之土壤水分特性曲線 ............................................. 245 圖 6.3.2-5 參數 a 對淺層土壤含水量之影響............................................... 246 圖 6.3.2-6 參數 n 對淺層土壤含水量之影響 .............................................. 246 圖 6.3.2-7 參數 m 對淺層土壤含水量之影響 ............................................. 247 圖 6.3.2-8 滲透係數對淺層土壤含水量之影響 .......................................... 247 圖 6.3.2-9 參數 a 對地下水位之影響........................................................... 248 圖 6.3.2-10 參數 n 對地下水位之影響 ........................................................ 248 圖 6.3.2-11 參數 m 對地下水位之影響 ....................................................... 249 圖 6.3.2-12 滲透係數對地下水位之影響 .................................................... 249 圖 6.3.2-13 淺層土壤含水量擬合比對圖 .................................................... 250 圖 6.3.2-14 地下水位擬合成果..................................................................... 251 圖 6.3.2-15. D007 梵梵場址潛在滑動塊體安全係數 FS 變化 .................... 252. 圖 6.3.2-16 地震情境穩定性評估分析成果 ................................................ 253 圖 6.4.2-1. D007 梵梵場址降雨誘發山崩門檻值曲線 ................................ 254. 圖 6.5-1 梵梵場址 A1 關鍵塊體-RAMMS 數值模擬歷程圖(定床) .......... 258 圖 6.5-2 梵梵場址 A1 關鍵塊體-RAMMS 數值模擬堆積圖(定床) .......... 259 圖 6.5-3 梵梵場址 A1 關鍵塊體-RAMMS 數值模擬崩塌最大速度圖(定床) ........................................................................................................................... 260 圖 6.5-4 梵梵場址 A1 關鍵塊體沖蝕範圍設定(動床) ................................ 261 圖 6.5-5 梵梵場址 A1 關鍵塊體-RAMMS 數值模擬堆積圖(動床) .......... 262 圖 6.5-6 梵梵場址 A1 關鍵塊體-RAMMS 數值模擬崩塌最大速度圖(動床) ........................................................................................................................... 263 圖 7.1.5-1 梵梵場址變形機制示意圖 (剪動摩擦異質性).......................... 266. XIII. 財團法人中興工程顧問社.

(16) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 表目錄表 1.1.2-1 滾動式檢討工作項目 ...................................................................... 4 表 1.1.3-1 霧鹿部落地質材料與電阻率及剪力波速之關係(未去除覆土效應) ............................................................................................................................... 7 表 1.1.3-2 崩塌調查方法彙整表 ...................................................................... 8 表 1.1.3-3 崩塌監測技術彙整表 .................................................................... 13 表 1.1.3-4 本計畫山崩模擬技術彙整表 ........................................................ 18 表 2.1.3-1 各種孔內試驗調查目的及限制 .................................................... 34 表 2.1.3-2 封塞水力試驗方法簡介及優缺點比較 ........................................ 43 表 2.1.3-3 封塞水力試驗適合施作之地質條件 ............................................ 43 表 2.1.6-1 岩石與土壤之相關室內試驗項目及產出 .................................... 51 表 2.2.2-1 霧鹿場址水位觀測井建置資訊 .................................................... 64 表 2.2.4-1 孔內岩體裂隙位態調查範圍 ........................................................ 72 表 2.2.4-2 孔內岩體裂隙位態調查成果 ........................................................ 75 表 2.2.4-3 109-WL-2TC 鑽孔水力試驗結果 ................................................. 81 表 2.2.5-1 地電阻影像面法測線資訊 ............................................................ 82 表 2.2.7-1 霧鹿場址室內岩石試驗清單 ........................................................ 96 表 2.2.7-2 霧鹿場址室內試驗成果彙整表 .................................................... 97 表 3.1.4-1 霧鹿場址土壤水分特性曲線參數之分析成果 .......................... 106 表 3.1.4-2 霧鹿場址模式參數之初始設定 .................................................. 108 表 3.2.2-1 霧鹿場址模式參數之率定值 ...................................................... 113 表 3.2.2-2 模式參數改變對地下水位高程及土壤含水量之影響 .............. 116 表 4.2.3-1 先進震波式監測技術之可行性調查彙整表 .............................. 158 表 5.1.3-1 常用數值模擬軟體與其適用條件一覽表 .................................. 172 表 5.2.1-1 霧鹿場址簡化地層參數表 .......................................................... 176 表 5.2.2-1. AA’分析剖面邊坡穩定性評估成果表 ....................................... 178. 表 5.2.2-2. BB’分析剖面邊坡穩定性評估成果表 ........................................ 181. 表 5.2.5-1 霧鹿場址關鍵塊體 RAMMS 數值模擬分析情境 ..................... 198 表 5.2.5-2 霧鹿場址關鍵塊體 RAMMS 數值模擬材料參數表 ................. 198 表 6.1-1. D007 梵梵場址簡化地層參數表.................................................... 211 XIV. 財團法人中興工程顧問社.

(17) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 表 6.3.2-1 非飽和水力參數率定及成效評估表 .......................................... 250 表 6.3.2-2. D007 梵梵場址簡化地層參數表................................................. 251. 表 6.3.2-3. D007 梵梵場址場址邊坡穩定性評估成果表 ............................ 253. 表 6.5-1 梵梵場址關鍵塊體 RAMMS 數值模擬分析情境 ........................ 255 表 6.5-2 梵梵場址關鍵塊體 RAMMS 數值模擬材料參數表 .................... 256. XV. 財團法人中興工程顧問社.

(18) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 計畫摘要中文摘要臺灣本島係由歐亞板塊和菲律賓海板塊相互擠壓成形。造就出陡峻之地形與脆弱多變之地質環境。近年由於全球氣候異常，頻繁颱風、豪雨事件及地震活動，受災範圍與程度均遠較過去為烈，導致山崩與土石流等地質災害頻傳。因此，如何有效掌握山崩事件之破壞機制與影響範圍，以提供災損評估及作為防災減災之參考，實為今日防災工作上的一項重要課題。雖然導致山崩事件的因素甚多，但降雨是公認誘發山崩的顯著因子之一。一般而言，降雨入滲會導致淺層土壤含水量與基質吸力改變、單位重增加或抗剪強度下降，長期浸潤時則可能造成地層材料弱化或岩層潛變行為，進而導致坡地產生不同類型之地質災害。山崩災害之破壞機制與影響範圍會受地形、地質、地下水位(壓)變化、地層參數等條件而異。因此，場址地質及水文特性之調查、現地監測、數值模型建置及模擬實為釐清破壞機制所不可或缺的重要工作。爰此，本計畫共分 5 年，逐年挑選不同場址執行。106 年度計畫執行場址編號為 D160 之茶山潛在大規模崩塌地、107 年度計畫執行場址編號為 D008 之車心崙潛在大規模崩塌地、108 年度計畫執行場址編號為 D007 之梵梵潛在大規模崩塌地。今年度(109)計畫場址選擇位於臺東鄉海端鄉霧鹿潛在崩塌地。為能釐清坡地淺層不飽和土體及深層重力變形之破壞機制，本計畫主要工作項目包含：（一）坡地場址地質調查、（二）三維水文地質模型建立及驗證、（三）三度空間坡地活動性評估系統建置、（四）動態水文條件下之破壞力學分析、（五）梵梵場址持續觀測及回饋分析等。預期透過本計畫於坡地場址之水文地質調查、觀測及數值模擬成果，可整合空間分布之水力條件、變形行為及破壞模式，以探討及驗證坡面淺層破壞與深層滑動之可能情境及模式。關鍵詞：水文地質調查、地下水、坡地觀測、變形機制. 1. 財團法人中興工程顧問社.

(19) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. ABSTRACT Taiwan is located at an active mountain belt resulted from the oblique collision between the northern Luzon arc and the Asian continental margin. The inherent complexity of geological background leads numerous discontinuities embedded into rock masses and relatively steep hillslope. Recently, the high seismicity in Taiwan and frequent storm events due to the global warning and/or climate change resulted the catastrophic geohazards, including landslide and debris flow. Thus, a better understanding of failure mechanisms and impact area of geohazards would be helpful for hazard mitigation and assessment. Several factors can trigger the landslide event. Rainfall is one of the most important triggering factors for landslides. In general, the precipiration infiltration could result in changing the suction and the moisture of soil, increasing the unit weight of soil, and reducing the shear strength of soil for the shallow colluvium. Long-term infiltration may also result in weakening or creeping of slope formation material. Combined effects of the geological and topographical conditions, the groundwater pressure change corresponding to rainfall infiltration, and the physical and mechanical parameters of slope formation casue the landslide occurred with the different failure mechanisms. Futher detailed site investigation, monitoring and numerical modeling using the state-of-the-art technology is needed for active landslide area to clarify the how the change of hydrologic conditions during heavy rainfall can cause the failure of landslides. This study is aimed to better understand the mechanism of triggering landslide hazards so that casualties and property damages can hopefully be reduced in the occurrence probability of natural disasters in the future through the appropriate disaster prevention planning we proposed. The project is a 5-year integrated study and the site investigation in the past years focuses on the Chashan, the Chexinlun and the Fanfan potential large-scale landslides (D160, D008, D007), respectively. The Wulu potential large-scale landslide is selected as the case study site in 2020 year. The work scopes of the project contain: (1) hydrogeological investigations; (2) establishment and verification of the three-dimensional (3D) hydrogeological model; (3) deployment of 3D monitoring system for understanding slope activity; (4) deformation mechanism analysis under dynamic hydrological condition; (5) continuation observation and refined analysis of Fanfan site. We expected that the complex phenomenon between the stability of landslides and hydrogeological conditions could be revealed and clarified through the detailed study on the hydrogeological investigation, observation and the numerical simulation. KEYWORDS: hydrogeological investigation, groundwater, slope observation, deformation mechanism. 2. 財團法人中興工程顧問社.

(20) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 一、計畫概述 (一) 整體計畫概述 1. 研究目的、計畫背景、整體構想 (1) 研究目的經濟部中央地質調查所於 99-104 年度執行「國土保育之地質敏感區調查分析計畫」，利用空載光達(LiDAR)已完成測製全島高精度數值地形，並參考崩塌微地形特徵，判釋潛在大規模崩塌呈現的重力變形邊坡特徵。國內其他坡地崩塌防災權責分工單位，如水保局、林務局也投入幅員廣大之崩塌特徵判釋、崩塌潛勢評估、崩塌地監測、崩塌地影響範圍，以及後續保全管理維護等相關規範研擬，至今已有部分具體成效。經濟部中央地質調查所則將聚焦於細緻化坡地場址地質調查技術與各項前端影像判釋方法、地球物理探測技術與物理變形模式及機制之研究發展。 (2) 計畫背景根據國內外研究，坡地崩塌大部分為外在因素所誘發，如降雨或地震，其中降雨與誘發山崩之關係，在多種降雨門檻模式中被推估應用；然而大部分之情況下，因缺少山區微地形之變化、地表植生狀況、現地降雨入滲及水文條件等掌握，仍然無法了解何種機制會造成特定區位之邊坡產生快速運動行為。近年研究已在邊坡重力變形之類型及發生機制有所突破；若產生深層滑動，則滑動面附近之材料變形或破壞行為也可進一步試驗及模擬；而入滲水或地下水對於坡體穩定性之影響，亦為了解變形及破壞機制之基本問題。因此本計畫擬定三維水文地質模型調查及三度空間變形觀測為重點方向。三維水文地質模型為在高解析度之地形條件下，進行整體坡地之穩態及暫態地下水流場分析。三度空間變形觀測則包含空中、地表及地下分層各種背景數據及變形觀測資料收集。經由進一步將空間分布之水力條件、變形行為及破壞模式結合，探討建立及驗證坡面淺層破壞與深層滑動之可能情境及模式。 (3) 整體構想本計畫為 5 年期研究計畫，預計以年度為單位，每年指定 1 處潛在大規模崩塌區位進行場址調查觀測及變形機制分析，並經由滾動修正各年工作流程及方法，預計可針對降雨引致坡地失穩之條件有更細緻之掌控，並完成坡地場址地質調查與變形破壞模式分析。 2. 工作內容概述本計畫工作內容主要分為以下五大主軸，包括：(1) 坡地場址地質調查、(2) 三維水文地質模型建立及驗證、(3) 三度空間坡地活動性評估系統建置、(4) 動態水文條件下之破壞力學分析、(5) 梵梵場址持續觀測及回饋分析等工作。根據過去三年計畫成果及今年度(109)計畫場址特性，滾動修正部分工作方法及數量如表 1.1.2-1 所示。茲摘錄各項工作內容如下： (1) 坡地場址地質調查工作內容包含：(a) 地表地質調查、(b) 地質鑽探及取樣、(c) 孔內試驗、(d) 地電阻剖面法、(e) 主動/被動表面波震測法、(f) 土壤與岩石試驗等。 3. 財團法人中興工程顧問社.

(21) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. (2) 三維水文地質模型建立及驗證工作內容包含：(a) 三維水文地質概念模型建立、(b) 三維地下水流模式參數率定與驗證、(c) 三維地下水流場分析等。 (3) 三度空間坡地活動性評估系統建置工作內容包含：(a) 地表變位量測、(b) 地下觀測系統建置、(c) 地動觀測儀器建置等。 (4) 動態水文條件下之破壞力學分析工作內容包含：(a) 二維水文地質概念模型建立、(b) 穩定性評估及情境模擬、 (c)重力變形引致之潛變分析、(d) 破壞情境下坡影響範圍評估、(e) 基地地質調查及地質安全評估報告等。 (5) 梵梵場址持續觀測及回饋分析工作內容包含：(a) 梵梵場址持續觀測、(b)梵梵場址二維穩定性評估及情境模擬回饋分析、(c) 梵梵場址山崩門檻值評估、(d) 梵梵場址破壞情境下坡影響範圍精進評估。表 1.1.2-1 滾動式檢討工作項目 Table 1.1.2-1 Review work items 待釐清問題. 工作項目. 調整建議  適用於探查深部完整岩層資訊，本計畫挑選場址均屬地. 孔內速度井測調查成效有限. 孔內速度井測調查. 質破碎且地下水系統複雜  刪除速度井測調查及相關擴孔費用  地層剪力波速(VS)改由「主動/被動表面波震測法」獲取  量測區域干擾物太多且地形起伏複雜，整體量測精度受到雷射能照到的區域影響降低至公分甚至數十公分等級. 全測站量測成效有限. 全測站量測.  刪除全測站量測，由「即時動態差分法 (RTK)」、「靜態基線量測」，聯合解算連續 GPS、臨時 GPS 及 RTK 基站資料，可以提升解算精度與 RTK 基站絕對位置. 折射震測法折射震測法成效有限.  現場施測人工震源能量無法順利傳遞，導致測深不足  刪除折射震測法，由「主動/被動表面波震測法」取代  取代「孔內速度井測調查」、「折射震測法」工項. 主動/被動表面波震測法.  可獲得較深地層一維/二維剖面剪力波速訊息之表面波震測進行  測深能力受限於測線長度且隨著遠離測線中心位置而降低. 地球物理剖面成效限制. 地電阻剖面法/折射震測法.  由「主動/被動表面波震測法」延伸剖面測深能力。其測深能力受限於地動訊號之有效最大波長  測試「主動/被動表面波震測法」應用於大規模崩塌地之適用性. 周遭噪訊法相關應用限制. 交互相關函數分析.  地震站安裝於崩塌區外圍並應用雙站法，受限於地形起伏大影響，儀器監測成本較高。. 4. 財團法人中興工程顧問社.

(22) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書.  由單站法「自相關函數分析」補充監測地下水位變化、推估剪動帶的深度。  地震站安裝一處高敏感度寬頻地震儀外，其餘崩塌區內部改安裝地聲計。地震站數量增加至 6-8 站(視崩塌調查範圍而調整)  待測試: 單站法分析成果受崩塌地地表位移之影響  梵梵場址 108-D007-2T 於觀測期間發生剪動，唯缺乏地下水位監測難以進一步探討地下水與地中變位之相互關係三度空間坡地活動性三度空間坡地活動性評估  於梵梵場址 108-D007-2T 新增「時變地電阻剖面法」、評估系統成效限制. 系統建置. 「震波式水文參數分析」，進一步提供地下水流資訊  建議關於坡地活動性監測可以考慮以各式儀器單孔共址安裝，如連續 GPS 站、雨量計、地震站、地中變位儀(TDR、側傾管)  刪除「山崩門檻值初探」工項，考量累計一個水文年以上. 山崩門檻值探討. 山崩門檻值初探. 資料較有足夠資訊進行降雨入滲-地下水滲流耦合分析及穩定性評估探討，相關門檻值評估將待次年度整併於持續觀測及回饋分析章節探討  刪除「梵梵場址三維地下水流模式回饋分析」工項，參酌. 梵梵場址三維地下水梵梵場址三維地下水流模. 審查委員意見，由於持續觀測及回饋分析階段，二維穩定. 流模式回饋分析. 性評估之地下水位採用降雨入滲-地下水滲流耦合分析. 式回饋分析. 成果，故調整刪除該工項地下觀測系統建置. 淺層土壤含水量.  配合模式率定需求，淺層含水量改採單一深度量測. 3. 計畫執行大綱本計畫旨在運用多尺度科技防災技術，透過不同地質、地形條件及環境觸崩因子之大規模崩塌潛勢區進行相關研析工作，主要目的在比較不同「地表地質調查方法」、「監測技術」之時間與空間之解析度，進一步評估不同調查方法與監測技術符合經濟效益與調查目的之可能的最佳配置。本計畫亦透過監測與調查資料進行「水文模式模擬與破壞力學分析」，除探究模式分析之適用性外，更進一步測試模式參數對於成果之影響程度(敏感度分析)，並以穩定性評估與警戒值擬定呈現。綜合大規模崩塌場址調查、監測、模式模擬成果提出崩塌區之變形機制。本節將聚焦在「調查方法-地球物理探勘」、「震波式監測」、「模擬技術」進行執行簡述說明，並以執行年度(106)D160 茶山、 (107)D008 車心崙、(108)D007 梵梵場址為例，提出各場址可能的變形機制。 (1) 調查方法-地球物理探勘本計畫在調查方法上除一般地工調查技術外，亦導入更具調查效率的地球物理探勘技術，其主要包含主被動表面波震測法以及地電阻影像探測法。相較折射震測與崩塌地調查受限於震源能量致使調查深度有限(林俊宏等, 2019)，主被動表面波震測之結合更加適合對於具調查深度需求之大規模崩塌地調查應用，其所獲 5. 財團法人中興工程顧問社.

(23) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 得之地層剪力波速剖面不僅可作為地層分層之依據，其與剪力模數相關，可做為動態力學分析之重要參數，更重要是其與土壤工程參數具有高度相關性，可用以推求土層之 SPT-N 值(Hanumantharao and Ramana, 2008; Maheshwari et al., 2013; Fatehnia et al., 2015; Bajaj and Anbazhagan, 2019)、不排水剪力強度(Trafford and Long, 2020)等地工強度參數，尤其對於較難取樣進行試驗之地層，如礫石、破碎岩層、高靈敏度黏土等，透過非破壞之表面波震測所得剪力波速可協助獲得此些工程性質。近年來對於礫石或破碎岩層相關應用增加，其通常需將剪力波速轉換獲得之 SPT-N 再進行設計應用，但由於礫石或破碎岩層之工程參數數據不亦獲得，數據量之統計顯著性較不足，因此直接透過剪力波速進行設計之應用概念逐漸建立，如基礎承載力(Tezcan et al., 2019; Aczél, 2013; Ghavami et al., 2019)、邊坡穩定分析 (Qureshi et al., 2013)等，並衍生出工程岩盤(engineering bedrock (Nath, 2007))的概念，以剪力波速之數值作為可類比於岩盤強度之地層位置，作為坡地穩定分析之邊界。因此，透過主被動表面波震測獲得之邊坡剪力波速剖面，不論是採取間接推估設計參數或直接用於邊坡穩定分析，皆有助於現地地層特性調查以及進行邊坡穩定分析工作。分析所得之主被動表面波震測以及地電阻影像探測成果搭配鑽孔成果可得圖 1.1.3-1 之綜合調查成果(以 109-WL 霧鹿場址為例)，圖中為剖面上之各項調查成果，主被動表面波震測在剖面上有測點 P1-P5，除提供隨深度之剪力波速變化外，亦透過單站頻譜比法(H/V)推估各處之剪力波速差異顯著之介面深度，各深度旁標示數值為該處剪力波速。在此剖面上，於階地平台段施測獲得剪力波速剖面 MSAW-L2 以及電阻率影像圖 ERT-3。ERT-3 測線之影像涵蓋有自場址上邊坡與階地平台堆積區，由影像中可明顯見到地形轉折區下方地層的明顯變化，將測線 MASW-L2 之重要剪力波速分界(600 m/s, 800 m/s)之等速度線套繪至 ERT-3 上，並透過 ERT-3 剖面, 測點(P1, P2, P6) 測線 MASW-L1 與 BH-1W, BH-2T (電井測), BH-3W (電井測)以及 BH-5W 岩芯之交叉比對，整理電阻率、剪力波速與不同地質材料之關係如表 1.1.3-1，作為此區域地物結果推測地層材料分布使用。P3-P5 位在河階堆積區，本年度(109)計畫執行在此區並未規劃鑽孔進行比對確認，可於後續 110 年計畫執行年度補充鑽探進行交叉比對。由此成果可知，透過地物調查方法之應用可有效於大規模崩塌區域進行地質調查工作，可在有限鑽孔內(符合經濟效益) 進行輔助調查，提供較為精緻之 3 維地質模型建模。本計畫執行之調查方法彙整表如表 1.1.3-2。. 6. 財團法人中興工程顧問社.

(24) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 圖 1.1.3-1 霧鹿主剖面地球物理綜合成果 Figure 1.1.3-1 Integrated results of geophysical profile in the Wulu site 表 1.1.3-1 霧鹿部落地質材料與電阻率及剪力波速之關係(未去除覆土效應) Table 1.1.3-1 Relationships between shear-wave velocity, materials, and resistivity 電阻率(ohm.m). 剪力波速(m/s). 剖面. 130-1000. 100-400. 崩積土(表土). 200-1000. 100-600. 河階堆積. 40-200. 400-800. 黑色片岩剪裂帶，岩體多破碎，部分夾泥. 100以下. >800. 黑色片岩(岩盤). 7. 財團法人中興工程顧問社.

(25) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 表 1.1.3-2 崩塌調查方法彙整表 Table 1.1.3-2 The method of landslide survey 調查項目. 儀器. 技術/方法/參數. 音射式孔內. 音波反射 (ACTV)/走時與. 攝影儀. 振幅. 調查目的/優勢成果. 經驗. 限制. 孔內試驗. . 孔內攝影光學式孔內光學攝影(OPTV)/影像. 裂隙與破裂帶影像較深. 透水裂隙偶呈現紅色繡染. 攝影儀. . 電井測. 電井測儀. 熱脈衝流速. . 地下水流速流向. . 井徑. 儀三軸井徑儀. 岩層破碎程度、裂隙分布、位態分析/判斷岩體結構特徵岩層破碎程度、裂隙分布、位態. 需要水作為訊號傳遞媒介、裸孔施測. 地下水質清晰條件下施測、裸孔施測分析. 自然電位(SP). 砂岩較具負電位. 岩性及其組成特性. 單點電阻率(SPR). 細顆粒通常電阻率較低. 岩體組成特性. 自然 γ 射線. 頁岩或泥岩強度較高. 岩性及含泥程度. 垂直流速及流向分布. 透水地層或裂隙地下水流動潛勢較高. 孔徑變化. 裂隙與破裂帶井徑明顯增大. 需要用地下水來傳遞訊號、裸孔施測. 滲透性、裂隙連通性、地下水位. 地下水質清晰條件下施測、裸孔或開. 分層. 篩施測. 地層破碎、膠結程度/可提升地物. 井測訊號之精度. 裸孔施測. 透水係數、蓄水係數封塞器、控 . 制面板、水雙封塞水力試驗. 高滲透性含水層適用. 透水係數可代表較大的岩體. 須事先知道抽水量. 定水頭. 最適低滲透性含水層適用. 不受井徑大小影響. 透水係數代表較小的岩體. 微水. 中及低滲透性含水層適用. 試驗時間短. 大管徑易導致試驗時間過長. 壓力脈衝. 非常低滲透性的含水層適用. 可取代微水試驗. 透水係數代表性較小的岩體. 測線展距約等於最大測深 3 倍. 崩積層與岩盤界面. 細顆粒通常電阻率較低. 岩體含水量與夾泥量. 壓計及抽水馬達. 地電阻剖面. 定流量. AGI SuperSting. 二極法、四極法. 側深能力隨著遠離測線中心而減少，建議可透過間測井綁電極，有機會增加深部解析度. 彈性波波速剖面. 8. 財團法人中興工程顧問社.

(26) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 調查項目. . 儀器單. 軸. 技術/方法/參數向. 折射震測. 層析成像法 Geophone. 正式報告書. 調查目的/優勢成果. 經驗測線展距約等於最大測深 5 倍、. 崩積層與岩盤界面、. 坡度大於 45°將有地形修正問題. P 波速度剖面/提供建立地質模型. 限制人造震源強度不足，影響剖面測深能力、側深能力隨著遠離測線中心而減少、無法獲取夾弱層之訊息 MAPS(一維陣列測線法)將有主控震. 單軸/三軸 . 主被動表面波震測. 向. 最大有效訊號波長約等於最大測深 MASW: MAPS/SPAC 陣列法. Geophone. (基於振動源足夠低頻的情境)、最小測深約等於地聲計間距. 崩積層與岩盤界面、S 波速度剖. 源方向性之修正問題、坡度較陡的區. 面/ 提供表面波深度敏感度分析. 域須採用三軸向地聲計施作，以利於. 之關鍵輸入參數 / 提供建立地質. 進行訊號調適、非崩積堆積區域(如. 模型. 重力變形區、順向滑動區)其崩積層及岩盤界面的解析力較差. 室內試驗 . 土壤壓力鍋. 壓力鍋土壤試驗設. . 土壤一般物性. . 土壤直剪. . 岩石一般物性. . 岩石弱面直剪. 備直剪儀岩石試驗設備直剪儀萬能材料試. . 岩石單壓試驗. . 岩石彈性試驗. 驗機萬能材料試驗機. 土壤水分特性曲線(θ、α、n)/降雨. ASTM 規定. ASTM、CNS 規定. 坡地場址崩積土難取得薄管試樣，建. 入滲及滲流分析. 議可規劃現地工地密度試驗，以求取. 含水量、單位重、比重、阿太堡限. 現地密度狀態，再依此製作重模土樣。度剪力強度參數/邊坡穩定性分析. ASTM 規定 ISRM 建議方法. ISRM 建議方法. 僅限土壤試體. 可配合其他岩石試驗進行無法真對太多組弱面或自立性不足的試體進行試驗. ISRM 建議方法. 以完整試體較佳. ASTM 規定. 以完整試體較佳. 9. 含水量、單位重、比重、孔隙率、吸水率剪力強度參數/邊坡穩定性分析僅限岩石試體單軸抗壓強度/邊坡穩定性分析彈性係數、柏松比/邊坡穩定性分. 析. 財團法人中興工程顧問社.

(27) 經濟部中央地質調查所調查項目 . 岩石潛變試驗. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5) 儀器. 技術/方法/參數. 萬能材料試. Lama & Vutukuri (1978)建. 驗機. 議方法. 經驗以完整試體較佳. 調查目的/優勢成果. . 岩體透水係數推估. 統計回歸關係式層深度(DI)、剪裂泥含量(GCD)及岩性滲透率(LPI)等. 10. 限制. 潛變與時間之關係曲線圖/ 潛變. 行為分析. 本模式篩選與裂隙岩層滲透性具高度相關的因子包含: 岩石品質(RQD)、地. 正式報告書. 需要有足夠樣本數，提升回歸公式之推估 K 值沿著深度的變化. 可信度、關聯因子須透過鑽探岩芯進行評估. 財團法人中興工程顧問社.

(28) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. (2) 震波式監測近年來透過地震儀(地動感測器)記錄之地動訊號基於地震學分析技術已廣泛被應用於探討大規模深層崩塌事件之運動行為與變形機制(Chen et al., 2013; Chao et al., 2016, 2017)、預警(Mainsant et al., 2012)等相關研究工作。震波式監測技術相對於傳統崩塌地接觸式監測儀器(如地中變位計、孔內水位計)的優勢主要為以下三點：(A) 高精度微地動監測能力 (10-9 m)、(B) 高時間取樣率 (每秒 100-1000 資料點)、(C) 儀器便攜性高且安裝方便，屬於非接觸式的監測儀器，儀器維護成本低。上述三點優勢將有助於進行監測大規模崩塌區之邊坡潛移行為、坡體內部材料性質變化、邊坡尺度上之地震力時序資料。本計畫將震波監測技術聚焦於以下項目「儀器配置需求與適用範圍」、「新預警參數初探」、「非接觸式地下水位量測」、「剪動深度推估」。震波監測方法主要仰賴震波干涉技術量測波傳路線上的相對震波速度變化量(relative seismic velocity change, dv/v)，若該波傳路徑穿過崩塌區地下構造，則此震波速度變化量 dv/v 可以指示坡體內部的材料物性變化特性，然而主要可以造成材料物性改變的因素有(1)地震產生之地表強地動造成坡體破壞、(2)坡體內部的地下水位變化、(3)剪動面之部分液化作用造成孔隙水壓增加，發生快速滑動位移而導致材料強度弱化。圖 1.1.3-2 彙整造成震波相對速度變化之可能機制。在此以地下水位變化導致 dv/v 結果進行說明，假設具有孔隙(空氣介質)的地層材料經由地表降雨入滲作用，原先孔隙由入滲水進行填充，導致材料剪力模數快速減小且密度增大，綜合考量上述變化可知剪力波波速應有變慢趨勢(dv/v 為負值)；當地下水開始洩降，假設原先分布孔隙不變的情況下，剪力波速應恢復至原始背景波速值。震波干射法可以從周遭噪訊中取得尾波訊號(coda wave)其波傳特特性與表面波相近，具有頻散現象(dispersion)：不同頻率的震波傳遞速度不同，隨著頻率越低、波長越長，震波路徑易敏感於地下深部的材料，導致震波傳遞速度越快。尾波對於頻率相依性的深度敏感度特性將有助於探討崩塌區域地下具有深度變化特徵的資訊，如地下水位、剪動深度等。本計畫可以透過尾波窗口訊號量測不同頻率相對震波速度變化(frequency-dependent dv/v)，來討論坡體內部不同深度上的材料物性變化。本計畫執行之觀測技術與監測技術方法彙整於表 1.1.3-3。. 11. 財團法人中興工程顧問社.

(29) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 圖 1.1.3-2 影響相對震波速度變化的可能機制 Figure 1.1.3-2 Possible mechanisms of relative seismic velocity changes. 12. 財團法人中興工程顧問社.

(30) 經濟部中央地質調查所. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5). 正式報告書. 表 1.1.3-3 崩塌監測技術彙整表 Table 1.1.3-3 Seismic techniques on landsliding 監測項目. 儀器. 技術/方法/參數. 調查目的/優勢成果. 經驗. 限制. 地表變位量測快速靜態:. . 即時動態差分法. Hi-Target RTK. v90. (RTK) PLUS. 使用 GPS 載波相位觀測量，. 2.5 mm+ 0.5 ppm RMS(平面). 利用參考站與移動站之間觀. 5 mm+ 0.5 ppm RMS(高程). 提供達公分級精度的單點三維坐. 測誤差的空間相關性，透過差. RTK 單基站. 標. 分法進行即時定位. 8 mm+ 1 ppm RMS(平面). 需要有開闊的視野使得基站與移動站能接受到至少六顆衛星、受限於無線電的傳輸距離. 15 mm+ 1 ppm RMS(高程). . 全測站. 測量觀測點至目標之間角度. 測角精度:2”. Hi-Target. 差值與距離，透過三角學的換. 測距精度:. 320R. 算關係，計算坐標或觀測點相. 2 mm + 2 ppm (棱鏡). 對於已知點的位置. 3 mm + 3 ppm (無棱鏡). 提供精確測點到測站之相對位置. 測點與測站之間需開闊的視野，利於訊號傳輸. 使用 GPS 載波相位觀測量，. . 靜態基線測量. Hi-Target. 利用參考站與移動站之間觀. 連續接收訊號時間至少 1 小時、相. 提供該段時間內精確的相對位. Geomatics. 測誤差的空間相關性，加入衛. 對定位精度達 5mm+1ppm×基線長. 置，並藉由參考站資訊探討其他. Office. 星軌道等相關資訊，透過差分. 度. 測站. 需要多站同時較長的觀測時間及內業資料計算的時間. 法進行定位誤差來源分為與 1.衛星、2.信號傳遞及 3.接收機。例如: 衛星位置、. . 連續 GPS 站. Trimble 5700. GPS 衛星所發射出來的載波. 特定點的位置、接收機設備、觀測. 相位和電碼訊號，可精確定出. 時間、大氣環境與地理環境等因. 各測站的相對位置. 素。針對不同誤差皆有可處理的方. 持續記錄單點坐標，並呈現趨勢. 需要長時間的觀測資料及內業資料. 或變化. 計算的時間. 法. 13. 財團法人中興工程顧問社.

(31) 經濟部中央地質調查所監測項目. 坡地場址調查觀測及變形機制分析(4/5) 儀器. 技術/方法/參數. 經驗. 正式報告書. 調查目的/優勢成果. 限制. 自動化地下空間連續的變位監測. 需剪動量化估計式推估位移量、無三. / 可提供崩塌門檻預警值 /提供力. 維觀測位移能力、不適用於潛變行為. 學參數率定(凝聚力 c、摩擦角 ϕ). 監測. 土壤含水量/ 提供非飽和土壤層. 需採用現地土壤進行土壤含水量標. 之滑動破壞分析. 定，以降低土壤種類影響. 地下觀測系統. . 時域反射儀(TDR). Sympuls. 透過同軸纜線變形處產生的. Aachen. 訊號反射尖峰值推估變形量. TDR3000. 及變形位置. 剪動深度量測解析度: 3 mm δ0 (初始反應所需的啓動位移量): 5-10 mm S (材料有效敏感度) 體積含水量量測精度: 0.1%，利用. . 淺層土壤含水量. Decagon. 電容式含水量感測器. GS3. TDR 標定後，其含水量量測較不受土壤導電度影響. Heron . 自記式水壓計. Dipper. 自記式水壓計，可設定量測時. 水壓量測範圍: 0-30 m. 地下水位資料/ 提供三維地下水. 無法更換電池，須定時前往讀取水位. Logger. 間間距，進行自動量測. 解析度: 1 cm. 流模式參數率定與驗證. (水壓)資料. 時頻分析. 頻寬 0.033~200 Hz、最小記錄精度. 交互相關函數分析技術(測站. 0.4 nm/count、敏感度 2400Volt/m/s、. 安裝於場址外圍). 最大可記錄速度值為 0.33 cm/s、耗. 相對震波速度變化量測. 電功率約為 0.9 W、適用於高活動. 震波式水砂監測技術. 性崩塌場址(安裝於場址外圍). 時頻分析. 頻寬 0.0083~200 Hz 、敏感度. 提供場址周遭噪訊特徵、. 交互相關函數分析技術(測站. 750Volt/m/s、耗電功率約為 0.32. 測站對交互相關函數/ 測站對路. 安裝於場址外圍). W(搭配 DATACUBE 紀錄器)、搭. 徑下之相對震波速度變化量測 /. 相對震波速度變化量測. 載即時傳輸功能 (CCUBE)耗電功. 平均路徑之地下水位變化 / 崩塌. 震波式水砂監測技術. 率不到 1.2 W、適用於高活動性崩. 前兆地動訊號. NANO 地動觀測儀器. Guralp CMG6TD 三軸向速度型地震儀 . 寬頻地震儀(BB) Trillium Compact 三軸向速度型地震儀. 14. 提供場址周遭噪訊特徵、測站對交互相關函數、河川底床. 儀器價位高、不適用於記錄強地動訊. 載通量/崩塌前兆地動訊號 / 測站. 號(震度大於 4 級)、針對河川土砂侵. 對路徑下之相對震波速度變化 /. 蝕分析尚須配合水文、地文及土砂資. 平均路徑之地下水位變化 / 定性. 訊. 河岸侵蝕作用儀器價位中高、不適用於記錄強地動訊號(震度大於 4 級)、針對河川土砂侵蝕分析尚須配合水文、地文及土砂資訊. 財團法人中興工程顧問社.

經濟部中央地質調查所 109 年度勞務採購案 正式報告書

經濟部中央地質調查所 109 年度勞務採購案正式報告書