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2019.06.25
三維數值模擬於邊坡受地震力作用引致位移分析之研究(初稿)
族群: 跨族群  
主題: 學術研究  
作者 洪景宗
學校系所 國立臺灣海洋大學 河海工程學系
地點 全臺 全部  
研究內容

 臺灣處於環太平洋地震帶上,地震發生頻率相當頻繁,並經常發生致災型之大規模地震,根據中央氣象局(中央氣象局地震測報中心,2019),就災害性地震資料統計分析,從1901(明治34、光緒27)年至今計有102次災害性地震。而在人口密度極高以及平原地面積已不敷使用之情況下,為增加土地使用面積,人們逐漸往山坡地進行開墾,然坡地之穩定性並不像平原地區一般,又因地形陡峭常因自然(降雨、地震)或人為之不當使用導致災害(崩塌、地滑等)發生。

過往於邊坡之相關研究多以降雨入滲與地下水位抬升為主軸,於邊坡受震之研究尚無一成熟的評估標準,且過往多以二維之方式進行評估;有鑑於此,本研究採用PLAXIS 3D程式配合研究區域之地層特性進行三維數值之動態分析,於分析過程中,將中央氣象局地震測報中心測得之地震加速度歷時曲線進行模型之地震力荷載設定,探討邊坡滑動區位之分佈情形以及分布特性,並依據地震所引致之位移量與臨界位移量之觀念結合,進行地震力對於邊坡穩定性之影響探討,有別以往於二維視角下以剖面探討災害之影響,三維模擬更具全面性且更符合實際情況。
而在地震資料之選取上,係以歷年台灣本土發生之強震數據,並選取鄰近研究區域之測站所觀測到的加速度歷時,經由模型底部輸入以剪力波之方式向上傳遞,探討在不同震度之地震力作用下對於邊坡穩定性所產生的影響;根據分析結果,可以發現震度2級及3級時,最大位移量為0.88cm ~2.54cm,而震度I=4級以上之最大位移量為12.14cm~238.4cm,大於前人研究之臨界位移量(5~10cm)。亦即,當發生4級以上之地震將產生明顯的最大位移量,邊坡潛在滑動面處於不穩定之狀況。
本研究利用臨界位移量之概念進行邊坡穩定之判視,以10cm為評估指標,分析探討於各級地震力作用下邊坡不穩定之區域,並以最大位移量雲圖進行呈現,發現在地震震度4級以上之結果將出現不穩定區域,並隨著震度的提升不穩定區域也逐漸擴大。
同時,本研究於研究範圍之A-A’剖面建立三個觀測點,發現地震力作用下,坡頂之位移量的大小明顯大於坡腹與坡址,其主要原因為地震波傳至崩積層地表時,因崩積層質地相對岩層較為鬆軟,地震波進入崩積層後波速將會減慢使振幅放大,且有部分震波反射回邊坡內後繼續向上傳遞,同時也有部分會沿坡面產生繞射,導致地震波向坡頂逐漸增加產生放大效應,進而使位於坡頂點位之位移量大於坡腹與坡址。
最後,本研究以三維及土壤動態分析之概念探討三維地震力作用之過程對於邊坡穩定性之影響成果,對於在地化三維數值模擬邊坡之研究能有更進一步之貢獻,並可成為未來政府與學者於三維邊坡穩定性分析與崩塌災害防治的重要參考依據。
相關網頁 https://ntu.primo.exlibrisgroup.com/permalink/886NTU_INST/f27f2j/alma991038713787604786