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公路土壤邊坡與擋土支撐監測系統精進及預警系統測試

公路土壤邊坡與擋土支撐監測系統精進及預警系統測試


書籍介紹

本計畫針對公路土壤邊坡可能遭遇之土層滑動破壞,進行解析法分析並搭配無線土層反應
監測模組,測試發展適用於土層之解析法依時預警模式,用以互補現有以雨量監測為指標之經驗法預警模式,提高預警之準確與時效性。研究依滑動面發生於飽和土層之飽和層滑動及非飽
和土層之淺層滑動,淺層滑動為延續前期研究成果,持續進行現地監測與模式測試,並精進現有模組;飽和層滑動以結合具嚴謹力學及通用性之解析法邊坡穩定分析及量測表層土層反應之無線監測模組,利用建立之場址水文與地質模型進行水力力學耦合邊坡滑動數值分析,並加入擋土支撐系統土壤結構互制效應,預測擋土邊坡依時性反應,作為無線土層與結構反應監測模組佈設及制定警戒值之依據,以發展場址客製化具依時特性之公路土壤邊坡擋土支撐滑動預警架構。所開發之監測模組以廣為應用於物聯網之微機電感測系統,結合無線通訊與雲端儲存顯示技術,整合具無線通訊功能且可監測地表傾角、土中分層濕度、溫度及孔隙水壓之監測模組,形成分佈式土層滑動感測網路,作為相關防災作為啟動之參據。
成果效益與應用情形:
1.考慮崩積土層水力力學耦合解析法推論,加入邊坡土壤與支撐系統互制分析,發展具依時
特性之公路土壤邊坡降雨滑動監測及預警技術,以利災害管理。
2.利用伴隨物聯網興起之電子系統整合優勢,發展現地無線土層與支撐系統監測模組,應用
於降雨引致地質災害監測與預警。
3.研究成果提供交通部、公路總局與臺灣鐵路管理局之養護與工務單位應用參考。

目次

中文摘要 ........................................................................................................ I
英文摘要 ...................................................................................................... II
目錄 ............................................................................................................. III
圖目錄 ........................................................................................................ VII
表目錄 ....................................................................................................... XV
第一章 計畫概要 ...................................................................................... 1-1
1.1 研究計畫之背景、目的及重要性 ........................................... 1-1
1.1.1 計畫背景 ............................................................................ 1-1
1.1.2 計畫目的 ............................................................................ 1-3
1.2 研究範圍與對象 ....................................................................... 1-6
1.3 研究內容與項目 ....................................................................... 1-7
1.4 預期成果、效益及應用 ........................................................... 1-9
第二章 研究方法及進行步驟 .................................................................. 2-1
2.1 研究方法 ................................................................................... 2-1
2.2 國內外有關本計畫之研究情況 ............................................... 2-4
2.2.1 解析法邊坡分析 ................................................................ 2-4
2.2.2 邊坡監測預警 .................................................................... 2-9
2.3 水力力學耦合邊坡穩定分析與依時預警 ............................. 2-11
2.3.1 非飽和土層入滲分析與入滲試驗 .................................. 2-11
2.3.2 淺層無限邊坡水力力學耦合穩定分析理論 .................. 2-16
2.3.3 飽和層滑動無限邊坡水力力學耦合穩定分析理論 ...... 2-19
2.3.4 二維水力力學耦合數值分析 ......................................... 2-20
2.3.5 邊坡依時預警架構 ......................................................... 2-24
2.4 邊坡擋土系統變形分析與預警 ............................................. 2-29
第三章 無線土層即時監測系統 .............................................................. 3-1
3.1 系統架構 ................................................................................... 3-1
3.2 土層水文與運動反應量測 ....................................................... 3-2
3.3 土層無線監測模組組成 ........................................................... 3-7
3.4 潛在滑動邊坡無線監測模組 ................................................. 3-12
3.4.1 淺層模組系統硬體架構 ................................................. 3-12
3.4.2 飽和土層滑動邊坡無線監測模組 .................................. 3-14
3.4.3 無線監測模組價格與耐用性評估 ................................. 3-15
第四章 淺層滑動場址監測成果 .............................................................. 4-1
4.1 甲仙攔河堰聯外道路西側邊坡 ................................................ 4-1
4.2 甲仙場址監測資料 .................................................................... 4-2
4.2.1 甲仙測站體積含水量監測結果 ....................................... 4-4
4.2.2 甲仙測站傾斜儀監測結果 ............................................... 4-9
4.3 阿里山五彎仔場址及監測資料 .............................................. 4-10
4.3.1 五彎仔場址土層含水量監測資料 ................................. 4-14
4.3.2 五彎仔場址傾斜監測資料 ............................................. 4-14
4.3.3 五彎仔場址水位監測資料 ............................................. 4-14
第五章 飽和土層場址監測成果及時間域水壓推估 .............................. 5-1
5.1 時間域孔隙水壓推估模式 ........................................................ 5-2
5.1.1 一維FDM 入滲控制方程式 ............................................ 5-2
5.1.2 一維FDM 入滲數值模型 ................................................ 5-3
5.2 台20 線監測場址 ...................................................................... 5-7
5.2.1 台20 線場址背景資料與監測配置 ................................. 5-7
5.2.2 台20 線地下水位監測 ................................................... 5-11
5.2.3 表層體積含水量與傾斜儀 ............................................. 5-16
5.2.4 台20 線水壓推估模式擬合成果 ................................... 5-18
5.3 南市道175 線監測場址監測資料 .......................................... 5-24
5.3.1 南市道175 線場址背景資料與監測配置 ..................... 5-24
5.3.2 南市道175 線地下水位與地表傾角監測 ..................... 5-30
5.3.3 南市道175 線表層體積含水量監測與擋土系統傾角監測
................................................................................................... 5-34
第六章 邊坡擋土系統變形分析與預警 .................................................. 6-1
6.1 邊坡擋土系統數值分析架構 ................................................... 6-2
6.1.1 總體滑動分析 ................................................................... 6-2
6.1.2 局部擋土系統分析 ........................................................... 6-5
6.2 台20 線52k 邊坡穩定性分析 ................................................ 6-12
6.2.1 台20 線52k 總體滑動分析 ............................................. 6-12
6.2.2 台20 線52k 局部擋土系統地下水位變化分析 ............. 6-16
6.2.3 台20 線52k 局部擋土系統降雨入滲穩定分析 ............. 6-21
6.2.4 台20 線52k 場址警戒值訂定 ......................................... 6-26
6.2.5 數值分析初步驗證 ........................................................... 6-27
6.3 南市道175 線25k 邊坡穩定性分析 ...................................... 6-29
6.3.1 南市道175 線25k 總體滑動分析 ................................... 6-29
6.3.2 南市道175 線25k 局部擋土系統地下水位穩定分析 ... 6-32
6.3.3 南市道175 線25k 局部擋土系統降雨入滲穩定分析 ... 6-37
6.3.4 南市道175 線25k 場址警戒值訂定 ............................... 6-42
6.3.5 南市道175 線數值分析成果比較 ................................... 6-42
第七章 即時監測平台與自動預警通知系統 .......................................... 7-1
7.1 邊坡擋土即時監測平台 ........................................................... 7-1
7.1.1 ThingSpeak 平台簡介 .......................................................... 7-1
7.1.2 雲端顯示平台架構 ............................................................. 7-2
7.1.3 平台功能簡介 ..................................................................... 7-4
7.2 自動預警通知系統 ................................................................... 7-9
7.2.1 自動預警通知觸發 ............................................................. 7-9
7.2.2 使用者之資料通知設定 ................................................... 7-10
第八章 結論與建議 .................................................................................. 8-1
8.1 結論 ........................................................................................... 8-1
8.2 建議 ........................................................................................... 8-2
8.3 預期效益與應用情形 ............................................................... 8-3

編/著/譯者簡介

本所主辦單位:港研中心
主管:蔡立宏
計畫主持人:賴瑞應
研究人員:曾文傑
合作研究單位:財團法人成大研究發展基金會
計畫主持人:黃安斌
研究人員:張文忠、張弘杰、吳博巧、陳宜昕

序言/導讀

本計畫針對公路土壤邊坡可能遭遇之土層滑動破壞,進行解析法分析並搭配無線土層反應 監測模組,測試發展適用於土層之解析法依時預警模式,用以互補現有以雨量監測為指標之經驗法預警模式,提高預警之準確與時效性。研究依滑動面發生於飽和土層之飽和層滑動及非飽 和土層之淺層滑動,淺層滑動為延續前期研究成果,持續進行現地監測與模式測試,並精進現有模組;飽和層滑動以結合具嚴謹力學及通用性之解析法邊坡穩定分析及量測表層土層反應之無線監測模組,利用建立之場址水文與地質模型進行水力力學耦合邊坡滑動數值分析,並加入擋土支撐系統土壤結構互制效應,預測擋土邊坡依時性反應,作為無線土層與結構反應監測模組佈設及制定警戒值之依據,以發展場址客製化具依時特性之公路土壤邊坡擋土支撐滑動預警架構。所開發之監測模組以廣為應用於物聯網之微機電感測系統,結合無線通訊與雲端儲存顯示技術,整合具無線通訊功能且可監測地表傾角、土中分層濕度、溫度及孔隙水壓之監測模組,形成分佈式土層滑動感測網路,作為相關防災作為啟動之參據。 成果效益與應用情形: 1.考慮崩積土層水力力學耦合解析法推論,加入邊坡土壤與支撐系統互制分析,發展具依時 特性之公路土壤邊坡降雨滑動監測及預警技術,以利災害管理。 2.利用伴隨物聯網興起之電子系統整合優勢,發展現地無線土層與支撐系統監測模組,應用 於降雨引致地質災害監測與預警。 3.研究成果提供交通部、公路總局與臺灣鐵路管理局之養護與工務單位應用參考。

分類 其他詳細資訊
  • 適用對象:成人(學術性)
  • 關鍵詞:邊坡破壞、無線監測模組、水力力學耦合分析、依時預警系統、物聯網
  • 附件:無附件
  • 頁/張/片數:340
授權資訊
  • 著作財產權管理機關或擁有者:交通部運輸研究所
  • 取得授權資訊:聯絡處室:交通部運輸研究所港灣技術研究中心 姓名: 謝瑩蓁 電話:04-26587169 地址:臺中市梧棲區中橫十路2號