降雨入渗稳定分析参数研究课件.ppt
SEEP/W-滲流分析 SLOPE/W-穩定性分析,影響因子參數設定,簡報流程,流 程 圖,降雨邊坡穩定性各項影響因子之參數研究,影響因子之參數研究地形因子：坡高、坡度地質因子：C、b、k(u)u降雨型態、降雨強度、初始地下水水位,降雨入滲分析(有限元素分析),降雨邊坡穩定分析(極限平衡法分析),邊坡穩定安全係數與影響因子關係圖表製作,前 言,前 言,影響因子,1.三角形單峰降雨歷線-颱風雨型 為提升數值分析研究成果之通用性，乃選用一般常見之設計降雨歷線進行分析，而採用之降雨延時乃依台灣地區主要降雨期間之延時記錄，先考量為25 hr，而其平均降雨強度I(mm/hr)乃依據近年台灣數場颱風降雨記錄資料（桃芝颱風I=10.94 mm/hr，碧利斯颱風I=7.42 mm/hr，艾莉颱風I=7.42 mm/hr，敏督利颱風I=8.02 mm/hr）及台灣一般山坡地致災日累積降雨量400 mm(I=16.66 mm/hr)來決定。經由簡單計算(I=Pi/25)可求得平均降雨強度I(=10，15，20 mm/hr)之3組三角形單峰降雨歷線，並作為本研究之降雨歷線輸入資料。,降雨型態及延時,水 文,2.不規則多峰降雨歷線-梅雨雨型 梅雨降雨量於時間上之分佈呈現平均現象，各時段降雨量百分比(各時段降雨量100%/總降雨量)均介於510間，尖峰降雨不甚明顯，此顯示梅雨降雨分佈型態具有較為平穩且降雨量變化性不大的特性，因此將梅雨降雨歷線定義為不規則多峰降雨歷線。,降雨型態及延時,水 文,滲流及穩定分析 之數值模型,GEO-Studio 2007,SIGMA/W 2007,CTRAN/W 2007,AIR/W 2007,TEMP/W 2007,VODASE/W 2007,QUAKE/W 2007,分析工具,SLOPE/W 2007,SEEP/W 2007,耦合分析多場耦合材料模型網格劃分功能等勢線圖生成等勢線動畫演示提高函數的定義能力後處理結果快速生成基質吸力繪圖功能,工具功能,SEEP/W採用有限元素法求解飽和與不飽和土層（含岩層）之滲流問題，藉由多孔分析材料(如土壤、岩石)中之孔隙水壓的變化來求得水流路徑、流速大小及水壓分布，以模擬地下水在岩石和土層內之滲流行為及水壓分布，並可進行與時間無關之穩態滲流分析(steady state seepage analysis)或與時間相依之暫態滲流分析(transient seepage analysis)。,滲流分析程式(SEEP/W),程 式,SLOPE/W採用極限平衡法求解土壤或岩石邊坡穩定問題，除可分析間單或複雜的邊坡問題外，亦可從事邊坡保護工法設計。,程 式,邊坡穩定性分析程式(SLOPE/W),1.降雨入滲分析：(1)建立數值幾何模式有限元素網格。(2)輸入邊界條件、地層材料參數及降雨歷線圖。(3)啟動降雨歷線，分別進行降雨穩態及暫態入滲分析。2.邊坡穩定分析：(1)輸入邊界條件、地層材料參數及設定滑動面。(2)依據暫態入滲分析之結果進行邊坡穩定分析。3.探討：(1)地下水水位變化趨勢與浸潤帶變化(2)可能滑動面位置,分析方法,水力傳導係數函數,體積含水量函數(u)u,篩分析曲線,Ksat=510-6 m/s,水力傳導係數函數K(u)u,結 果,降雨第9 hr壓力水頭分佈,降雨第10 hr壓力水頭分佈,浸潤帶,地下水位,結 果,地下水水位線與雨水入滲浸潤線間之變動對穩定性之影響,結 果,坡趾下方體積含水量深度分佈剖面,結 果,地形因子(、H),六級坡，=100,五級坡，=55,四級坡，=40,三級坡，=30,t=10 hr,結 果,地形因子(、H),三級坡，=30，FS=2.653,四級坡，=40，FS=2.172,五級坡，=55，FS=1.715,六級坡，=100，FS=1.121,t=10 hr,結 果,地形因子(、H)H,坡高H=5 m，FS=1.256,坡高H=10 m，FS=1.121,坡高H=15 m，FS=1.024,t=10 hr,結 果,地形因子(、H)、H,Fs=1.0,在特定條件下，邊坡之穩定性隨降雨延時之增長而逐漸降低。在降雨第9 hr之前降低幅度並不明顯，在第910 hr間則有明顯下降趨勢，此意謂潛在滑動破壞面上未飽和區之孔隙水壓逐漸由負值趨近於零後再轉為正值，在此同時土壤之基質吸力(ua-uw)將完全消失，並導致未飽和區土層之當量吸力抗剪強度(ua-uw)tanb轉為無效。,結 果,地質因子(C、)C、,降雨延時第10 hr之凝聚力增加率對安全係數的影響如下：Co=10 kPa15 kPa，C/Co=0.50，Fs/Fso=0.21Co=15 kPa20 kPa，C/Co=0.33，Fs/Fso=0.13,f=C+(n-ua)tan+(ua-uw)tan b,內摩擦角增加率對安全係數的影響如下：o=2025，/o=0.25，Fs/Fso=0.155(降雨延時第2 hr)o=2530，/o=0.20，Fs/Fso=0.09(降雨延時第10 hr)o=3035，/o=0.17，Fs/Fso=0.10(降雨延時第10 hr),結 果,地質因子(、b)、b,降雨延時第10 hr之土層的單位重增加率對安全係數的影響如下：o=18.94 kN/m320.94 kN/m3/o=0.11，Fs/Fso=-0.03 o=20.94 kN/m322.94 kN/m3/o=0.10，Fs/Fso=-0.03,降雨延時第10 hr之當量吸力摩擦角增加率對安全係數的影響如下：bo=1015，b/bo=0.50，Fs/Fso=0.05 bo=1520，b/bo=0.33，Fs/Fso=0.04,結 果,地質因子(k(u)u),k(u)10u，FS=1.005,k(u)u，FS=1.121,k(u)0.1u，FS=1.139,t=10 hr,結 果,水文因子-颱風雨型,颱風雨型20 mm/hr-7hr(浸潤線形成),颱風雨型15 mm/hr-9hr(浸潤線形成),颱風雨型10 mm/hr-13hr(浸潤線形成),結 果,水文因子-梅雨雨型,梅雨雨型20 mm/hr-4hr(浸潤線形成),梅雨雨型15 mm/hr-6hr(浸潤線形成),梅雨雨型10 mm/hr(未形成浸潤線),結 果,水文因子-雨型,颱風雨型,在平均降雨強度同為20 mm/hr時，梅雨雨型條件下之邊坡較颱風雨型條件下者提前發生不穩定。其主要原因為輸入之梅雨雨型初期降雨強度呈波動式之遞升，此與颱風雨型者成均勻線性式之遞升不同所致。,梅雨雨型,結 果,水文因子-初始地下水水位,降雨延時第10 hr之初始地下水水位位置hwo對安全係數的影響如下：hwo=1.5 m3.5 mhwo/hwo=1.33，Fs/Fso=0.04hwo=3.5 m7 mhwo/hwo=1，Fs/Fso=0.06,結 果,靈敏度分析,結 果,邊坡穩定影響因子評估參數研究-地形,1.邊坡坡度愈陡或坡高愈大時，降雨期間其坡趾下方的浸潤線前端波(Wave Front)會愈深入地表，因此在較短之降雨延時內浸潤線即可能和地下水水位線結合。2.在tf-1時，邊坡之浸潤線與地下水水位線之結合區只侷限於坡趾附近小範圍區域，因此最小安全係數Fsmin(1)以滑動面通過整個坡面來進行計算。反之，在tf時，浸潤線與地下水水位線之結合區將會往上邊坡方向延伸一個範圍，並在下邊坡形成一個飽和區，因此破壞安全係數Fsfailure(1)將以滑動面通過整個飽和區來進行計算。,結 果,邊坡穩定影響因子評估參數研究-地質,1.未飽和土壤之Mohr-Coulomb剪力強度公式可表為f=C+(n-ua)tan+(ua-uw)tan b，因此邊坡之C、ua-uw0及b之增加皆會提升邊坡之穩定性安全係數Fs值。2.土層的單位重在穩定性分析中主要用來計算滑動面上之下滑驅動力及正向作用力。土層單位重()之增加將會降低穩定性安全係數FS值。,結 果,結 果,邊坡穩定影響因子評估參數研究-水文,1.平均降雨強度愈大，降雨浸潤線形成所需之降雨延時愈短，而邊坡也愈早發生不穩定。在平均降雨強度同為20 mm/hr時，邊坡在梅雨雨型條件下較颱風雨型條件下提前發生不穩定。其主要原因為梅雨雨型初期降雨強度呈波動式之遞升，此與颱風雨型呈均勻線性之遞升不同所致。2.邊坡之初始地下水水位線愈高(hwo愈小)，其在地下水水位與浸潤線發生結合之降雨延時也愈短。,邊坡穩定影響因子評估參數研究-水力傳導系數函數,1.整體水力傳導係數函數值向上調昇或向下調降，在降雨期間對既有之地下水水位影響不大，邊坡下方土層之壓力水頭主要受降雨浸潤線之影響。而邊坡穩定性則受浸潤線與地下水水位線結合區在坡面上之延伸範圍所控制。2.整體水力傳導係數函數值向上調昇將促使地表未飽和區之範圍擴大。反之，向下調降將會縮小未飽和區之範圍。,結 果,邊坡穩定影響因子評估參數研究-靈敏度分析,由參數研究靈敏度分析中可發現，各項邊坡穩定性影響因子中，邊坡坡度之改變對邊坡穩定性的影響度最高，而邊坡坡高H次之。,結 果,採用GEO-Studio 2007軟體中SEEP/W、SLOPE/W功能，並加入QUAKE/W以分析壩體滲流情形與地震時的破壞機制。,論文方向,報告完畢 謝謝聆聽,
