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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、幫工程司、高級技術員 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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