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入滲過程中孔隙水壓變化及其對邊坡穩定影響之研究

為了解決sound engineer香港的問題，作者李威霖 這樣論述：

本論文的主要目的在於研究山坡地雨水入滲過程中孔隙水壓隨時間的變化特性及其影響因素，並將研究結果應用於大規模崩塌監測預警的改進上。本研究採用理論、實驗及數值模擬三種方法，對於入滲過程中的孔隙水壓、孔隙氣壓及顆粒有効應力進行分析。在理論研究方面：本文以固液氣三相耦合理論為基礎，於土體不變形和土體變形等假設下，解析入滲過程中三相的應力變化。之後，本文更進一步於一維鉛直入滲條件下孔隙水壓和孔隙氣壓變化特性的關係式，以及濕鋒接觸地下水面和底部不透水時孔隙水壓上升速度的關係式，並可得知濕鋒接觸不透水面和地下水面時，孔隙水壓的上升速度與入滲速度、濕鋒飽和度和排氣速度有關。此外，本文得到一維鉛直入滲下無限邊

坡條件的邊坡穩定分析方法，將應用來探討入滲過程中孔隙水壓變化對邊坡穩定性的影響。在實驗研究方面：配合理論研究土體不變形的假設，將雨水入滲設計成一維鉛直入滲及二維斜面入滲並將土體材料組成分為單層及分層兩種，同時亦考慮入滲過程中土體內空氣的排放方式而設計排氣閥門加以控制。其中，從一維鉛直入滲實驗得知，孔隙水壓上升現象發生於入滲濕鋒接觸土體分層之界面、底部之不透水面及地下水面等，當排氣條件速度快時，飽和入滲之濕鋒接觸上述界面時孔隙水壓驟升，反之，當排氣條件速度慢時，未飽和入滲之濕鋒接觸上述界面時其孔隙水壓上升速度較飽和入滲條件下為慢。針對上述濕鋒接觸上述界面並造成界面處孔隙水壓上升的現象，本文將其稱

之為滲流水錘，其孔隙水壓上升速度的快慢，本文將其視為滲流水錘強度。另外，從二維斜面入滲實驗發現，當入滲濕鋒抵達地下水面時，形成地下水丘現象(Aish and Smedt 2004; Bansal and Das 2010)，地下水丘底部的孔隙水壓上升速度和上升量均遠大於其他位置，此種現象對邊坡穩定產生很大影響。在數值模擬研究方面：本研究利用三種不同模式分别在土體不變形及變形的條件下，對於入滲過程中固液氣三相的應力及應變進行模擬，並將其與理論及實驗結果進行比較。其中，以土體不變形條件下模擬一維鉛直入滲過程，當坡面積水時，坡面生成孔隙水壓，因此導致鄰近坡面顆粒有效應力下降；當濕鋒所經之處的飽和度上

升，吸力因此而消失，並導致顆粒有效應力下降；當濕鋒接觸土體分層之界面、不透水面和地下水面等時孔隙水壓上升，顆粒有效應力因此而下降。另外，於模擬二維斜面入滲過程，當地下水丘現象發生時，地下水丘底部孔隙水壓快速上升，但其他位置的孔隙水壓上升較慢，此種空間上不均勻的孔隙水壓分布，係為有限邊坡情境下的地下水位變化，土體的有效應力和抗剪強度也因此於空間上產生不均勻下降，因此本文知地下水丘現象發生時會產生不平行坡面的應變區域。綜合上述研究結果，本文提出下列數點作為結論 ：1. 當降雨強度大於入滲率時，於邊坡表面形成積水，並於接近表面處生成孔隙水壓，為淺層崩塌發生提供必要條件(非充分條件)。2. 於入滲

過程中，濕鋒所經之處的飽和度上升，並導致土層吸力下降甚至消失，並對坡面的穩定性造成影響。3. 當入滲濕鋒接觸土體分層之界面、不透水面和地下水面等界面時，孔隙水壓於界面處生成，並對整個邊坡土體的穩定性造成影響。4. 當入滲濕鋒接觸界面時，於排氣速度快的土層條件下，例如地層構造破裂帶、邊坡裂隙、高度風化坡面等，界面處產生孔隙水壓驟升現象，對邊坡穩定性造成的影響最嚴重。5. 於有限邊坡條件下，入滲接觸地下水面時將發生地下水丘現象，地下水丘底部孔隙水壓上升速度和上升量均遠大於其他位置，若孔隙水壓上升量足以造成土體變形，則會產生不平行坡面的應變區域。最後，將研究成果應用於大規模崩塌的監測預警方法的

改進上。由於，傳統地滑監測方法中是以地下水位之監測為主(王文能 2016)，並未監測入滲之過程。由上述本研究結論之第四點顯示，飽和入滲的濕鋒接觸到地下水面時會產生孔隙水壓驟升之現象，所以必須對入滲濕鋒和地下水位進行監測，特別是飽和入滲濕鋒下降速度和地下水位上升速度，並以上述兩個速度來預測濕鋒接觸地下水面的時間，然後將此時間做為崩塌預警的指標及警戒值。