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顺向坡稳定性评估


順向坡穩定性評估與 補強問題之探討
劉賢淋 技師

2010.08.28

民國57年 民國59年 60?64年 民國67年 民國68年 民國73年 民國79年 67?79年 80?迄今

省立高雄工專五年制土木工程科畢業 全國性公務人員高考土木工程科及格兼取土木技師 省公路局工務員、幫工

趟尽⒏呒壖夹g員 國立台灣工業技術學院營建工程技術系畢業 高等考試專門職業及技術人員結構工程技師及格 國立台灣大學土木工程學研究所工程力學組碩士 高等考試專門職業及技術人員大地工程技師及格 天一土木建築補習班班主任 天一土木結構大地工業技師事務所技師

壹、順向坡地滑問題 貳、順向坡地滑影響因子 參、順向坡穩定性評估 肆、順向坡補強工法 伍、順向坡關鍵層次調查與監測 陸、結語

壹、順向坡地?問題
1.1 台灣之地質分區 1.2 地質特性與地質?代關係 1.3 ??續面位態表示法 1.4 順向坡?動條件 1.5 順向坡?動案?

破碎帶兩側不連續面位態之變化與影響

剪?節?之形成機制

問題:破?面夾角與ψ有何關係?

1.地質?代越久,地質材?性質越好。 (1)強?特性 (2)變形特性 (3)波傳特性 2.地質?代越久,地質構造越發達,構造之影響越大。 (1)褶皺:向斜與背斜(軸部破碎與層間剪?磨?) (2)斷層:正斷層、逆斷層與平移斷層。 (3)剪?帶或破碎帶 3.逆斷層作用所形成破碎帶有可能形成極?透水之斷層角礫 岩,亦有可能形成極??透水之斷層?,均會對工程施工 造成??影響。此外,強震時波傳因介質改變引起振幅放 大效應亦可能造成??影響。 4.???代越久風化作用明顯,除岩盤顏色改變外,材?強 ?下?且變形性增加而波傳速?下?。

不連續面位態表示法

30 °

40 °

30 ° 40 °

順向坡

逆向坡

斜交坡

滑動面走向與坡面走向約平行 (夾角<20 °),且傾向相同。 坡面與滑動面交線外露。 滑動岩塊需為獨立之個體。 地下水壓情況。

φf>φp>φ,但此條件不適用於有

順向坡?動

順向坡?動

案例名稱:汐止林肯大郡社區二、三區北側邊坡地滑 發生時間:1997年8月18日上午8時06分 地質概述:中新世大寮層上部(Mtu),岩性為砂頁岩 互層為主夾四道砂岩層。岩層走向N73?E向東南傾斜 30?。主要節理走向N2?~38?E 向西北傾斜73?~ 86?,次要節理走向N52?~66?W 向東北傾斜66?~ 90?。 坡面走向: 原坡面:走向N70?E向東南傾斜20?。 修坡後:東西走向向南傾斜30?。 護坡型式:上下層皆為地錨加勁護坡。

?肯大郡順向坡?動

案例名稱:福爾摩沙高速公路七堵段地滑 發生時間:2010年4月25日下午2時33分 地質概述:中新世大寮層上部(Mtu),為厚層砂岩夾 頁岩與泥岩。岩層走向約N23?E向東南傾斜約13? 共軛剪力節理位態: 1.N66?W/68?NE 2. N45?W/73?SW 路線走向:約N33?E 護坡型式:下層為地錨加勁護坡、上層為傾角約 14?之植生護坡(依航照地形圖)。

擷取自網路

擷取自網路

貳、順向坡地?影響因子
2.1 岩坡??續面抗剪強? 2.2 順向坡地下水壓分佈之假設 2.3 上擧?分佈型式之比較 2.4 低傾角順向坡?動機制

岩坡??續面之抗剪強?
Patton建議式:τ
f

= σ tan( φ + i )
r

φ r:岩石不連續面殘餘摩擦角。
i:粗糙角為岩石不連續面粗糙所貢獻摩擦角。

Barton建議式:τ

f

= σ tan[φ u + JRC log (q u / σ)]

qu:岩石不連續面材料單壓強度 JRC:不連續面粗糙度係數(0~20)

【問題】 粗糙角i是否有等於"零"之可能?

粗糙?標準剖面圖

順向坡穩定分析用頁?或?縫剪?強???
泥岩(mudstone) 頁岩(shale)

? 尖峰強度參數 c′p、φ′p ? 完全軟化強度參數 c′、φ′ s s ? 殘餘強度參數 c′r、φ′r

度參數

【比較】 1.O.C與N.C應力應變曲線尖峰強
2.應變歷史對選用參數之影響?

上擧?分佈型式之比較

(Model 1) 當?種型式分佈之上擧?相等時:
β(度)
Zw L

(Model 2)
ZW 1 + 2 sin 2 β ? 1 ) =( L 2 sin β
16° 0.133 40° 0.273 18° 0.148 45° 0.293 20° 0.162 50° 0.310

10° 0.086 25° 0.195

12° 0.102 30° 0.225

14° 0.118 35° 0.251

β(度)
Zw L

排水?順暢對上擧?之影響
b W H W U
張力裂隙

V Zw Z
假定水壓分佈 破壞面

(Model 1) 1.Model 1型分佈: 較排水口順暢條件下上擧?增加
ΔU = 1 1 γ W Z W L + γ W L2 sin β 2 2 1 γ W L2 sin β 2

(Model 2)

2.Model 2型分佈:
ΔU =

為排水口順暢條件下上擧?之2倍

摘自Hoek & Bray "Rock Slope Engineering"

?、順向坡穩定性評估
3.1 常時與地震時抗平面?動安全係? 3.2 積水時抗平面?動安全係? 3.3 道?邊坡平面型地?潛能評估案? 3.4 地錨加勁護坡安全係?計算

tan φ 常 FS = 時: tan β

地震 時:

cos β ? k H sin β FS = ? tan φ sin β + k H cos β

φ:滑動面材料抗剪角 (假設c=0) β:滑動面傾角 KH:水平方向震力係數 KV:垂直方向震力係數

【討論】何以安全係數與W、KV無關?

tan φ γ w L2 ? tan φ 積滿水時(Ⅱ型水壓分佈): FS = tan β 4W

可滑動塊厚為均厚H時
tan φ 1 γ w L 1 γ ? ( )( ) tan φ ,當 w = γ R 2.5 時 tan β 4 γ R H 1 L FS = tan φ( ? 0.1 ) tan β H FS =

【討論】安全係數與滑動塊體重量關係為何?

滑動面傾角β(度) 常時(FS=1.5)需求φ角 地震時(FS=1.2)需求φ角 積水時H/L (FS=1.1) 備註 φ=25° φ=30°

14° 20.51° 24.55° 0.0605 0.0475

16° 23.27° 26.81° 0.0886 0.0632

18° 25.98° 29.05° 0.1391 0.0853

20° 28.63° 31.27° 0.2574 0.1187

1.地震加速度係數: k H = 0.12 , k V = 0.06 L 10 11 = ? 2.積水時滑動岩塊長厚比L/H: H tan β tan φ

【討論】若φ’=20°,β=14°則臨界H/L=?
砂頁岩互層

砂岩

砂頁岩互層

[ W cos β + T sin(θ + β)] tan φ FS = W sin β ? T cos(θ + β) [ W cos β + T sin(θ + β)] tan φ + T cos(θ + β) FS = W sin β

(A式)

(B式)

【討論】(A式)與(B式)何者較為合理?

肆、順向坡補強工法
4.1 順向坡抗?動安全係?通用公式 4.2 順向坡補強工法之比較 4.3 止?樁與止?構架之比較

4.1 順向坡抗?動安全係?通用公式
積水條件:
tan φ cL T cos(θ + β) tan φ + sin(θ + β) γ w L2w + + FS = ? tan φ tan β W sin β W sin β 4W

【?】β=13° ,θ=25° ,L=150m,H=12.5m,γT=2.1t/m3 採用2階各5排水平間距2.5m之40t預?地錨,?c=0, Φ=17° ,試求?界條件下積水長?Lw=? 【解】W=2.13150312.5=3937.5t/m T=10340/2.5=160t/m
T/W Lw(m) 0.0 129 0.04 157 0.08 180 0.12 201

T = 0.04 , f (θ, β, φ) = 3.808 W T FS = 1.324 + 3.808 ? 0.00001941L2w W

設計地震條件:
FS = cos β ? k H sin β cL T cos(θ + β) tan φ + sin(θ + β) + tan φ + sin β + k H cos β (1 + k v ) W sin β (1 + k v ) W sin β

【?】β=13° ,θ=25° ,L=150m,H=12.5m,γT=2.1t/m3 採用2階各5排水平間距2.5m之40t預?地錨,?c=0, Φ=17° ,kH=0.12,kv=0.06試求抗?安全係?與T/W之 關係? 【解】W=2.13150312.5=3937.5t/m
T/W 0.0 0.847 50 0.15 0.20 1.386 77.3 0.04 0.991 56.5 0.20 0.30 1.565 87.8 0.08 1.134 62.3 0.25 0.40 1.745 97.2 0.12 1.278 67.7 0.30 0.50 1.925 105.7

T=10340/2.5=160t/m
T = 0.04 , f (θ, β, φ) = 3.808 W
FS = 0.847 + 3.592 T c + 629 W W

FS Lw(m) T/W FS Lw(m)

4.2 順向坡補強工法之比較
Model I

Model II

改善百分比 摘自(Hock & Bray)

橫向排水孔之打設

4.3 止?樁與止?構架之比較
平面圖

剖面圖

伍、順向坡關鍵層次調查與監測
5.1鑽井內自然珈瑪射線之?測

現況指標
? ? ? ?

岩質指標(RQD) 破裂指數(Fracture Index) 岩體完整性指標=Vsm/Vsi [例]

岩體劣化指標

? 岩體劣化指標=(Vsm-Vsm’)/Vsm Vsm:岩體初始剪力波速 Vsm’:岩體剪力波速

?.結語
1.縱貫台灣南?之屈尺一荖濃斷層為岩石變質與否之界 線,其西側未變質沉積岩之順向坡地?傾角,與東側低 ?變質岩或高?變質岩者應有所?同。 2.??續面之水壓?為順向坡地?之主要誘因,排水以避 免水壓上升為防止順向坡地?有效方法之一,?未解決 積水引致水壓上升問題,削坡以減低坡角或坡高反而? ?於抗順向坡地?問題。 3.以地錨對抗順向坡地?具三重有?條件,但其耐久性? 佳是最大缺陷。止?樁或止?構架雖可免除耐久性問 題,但先期投資較高為其缺點。 4.傾斜管、傾?盤、水位觀測井與水壓計之觀測,?能善 加?用應可對地?之發生提供預警作用,但對坡體體質 之變化卻一直未能加以監測,?用傾斜管長期追踪剪? 波速與中子??之變化或可達此目的,建議各單位應善 加?用已設傾斜管。


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