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臺灣遽變式山崩傳送與堆積之顆粒流離散元素模擬

為了解決凱旋 保固的問題，作者唐昭榮 這樣論述：

山崩的分佈在全球非常普遍，且往往對民眾造成身命與財產極大的損失，僅就1992至2001年間，山崩在全球造成超過9千人死亡；台灣位於歐亞大陸板塊與菲律海板塊的交接處，為當今世界上最活躍的造山帶之一，地質極為年輕和不穩定，地震頻繁，加上每年夏秋二季的颱風侵襲，因此山坡地上極易發生大型遽變式的山崩事件。在台灣近年來最令人矚目的大型山崩事件有草嶺的連續崩塌事件 (包括1999年集集地震所誘發的山崩事件)、1999年集集地震所誘發的九份二山崩塌事件和2009年莫拉克颱風造成的小林村滅村事件。近年來對於山崩的研究主要在於崩塌的誘發原因，對於山崩的運動過程及堆積區的衝擊範圍則是著墨較少，本研究採用顆粒體離

散元素法 (Granular discrete element method) 來對台灣近年來幾個具代表性的遽變式山崩的運動行為討論之外，其中包括九份二山、草嶺、小林村的事件，並討論目前幾個大型山崩尚未解決的問題，包括是否能經由重複崩塌的草嶺來預估下次的崩塌地點、九份二山的崩塌機制，地形改變對山崩衝擊區的影響等。由於離散元素法在是以外顯時間的計算方式，且模擬過程中可以表現塊體的破裂行以及大尺度位移的特性，因此於山崩的運動過程可以做到非常恰當的模擬。草嶺1941年的模型在輸入地震波模擬之後，我們發現塊體在受地震力作用時會有互相碰撞的現象，上方的塊體會向下碰撞，造成下方的塊體位移量增加，上方塊體的

位移量減少，因此提高了山崩發生的機率，而在受地震作用的同時，塊體內部亦會產生許多裂隙，這些裂隙會有集中的現象，且集中的區域和未來山崩的位置恰好吻合。除了1941年的崩塌外，我們同時動用二維及三維的程式來模擬草嶺1999年由集集地震所誘發的山崩，二維的模型顯示，草嶺山崩時的滑動面摩擦係數必需小於0.15時，最快滑動速度約每秒45公尺，土石才有可能越過清溪到達2000公尺外的倒交山；三維的結果更顯示滑動面的摩擦係數必需低到0.03以下，堆積區的形貎才有可能會符和真實的地形，而且最快速度可達每秒75公尺，最長的顆粒滑行距離更高達3495公尺，二者會有如此的差異是由於三維的模型要考慮到塊體側向擴張所增

加的滑行距離，而耗損更多的動能，因此必需有低摩擦係數提高滑動的速度，才能有足夠的動能；而不管是二維或三維的模型都顯示，如果崩塌塊體在崩塌前就是破碎的，則崩塌體的上層在滑動時會受到嚴重的攪動而被掩埋，這樣就不可能有人在滑動超過2公里後而生存，因此草嶺在1999年因集集地所誘發的山崩塊體在崩塌前是一個有內聚力的塊體。有關九份二山的崩塌機制是剪出或拱曲到目前仍有爭論，二維的模擬只能討論一個剖面的結果，但我們用三維模擬的結果發現，當集集地震誘發山崩後，滑動面的摩擦係數在0.05時，在模型的北、南二個剖面分別有不同的崩塌機制，在南邊的剖面其崩塌機以拱曲為主，故趾部的顆粒滑行的距離較短，而北邊的剖面的崩塌

則是以剪出為主，趾部的顆粒滑行的距離非常遠，由以上的結果讓我們瞭解大型山崩的崩塌機有可能不是單一的，所以當我們在探討大型山崩事件時，如果只由局部的證據去推論整個山崩的機制是無法對整個山崩機制做完整的解釋。有關2009年莫拉克颱風所誘發的小林村滅村事件之探討，經由三維顆粒離散元素法模擬得到小村村上方的590高地為小林村被掩埋的一個重要關鍵，如果崩塌的土石沒有把590高地削去大半，則大部份的土石會轉向流入小林村北側的溪溝，且形成一個更高的天然壩，但是小林村可能不會在一瞬間被毁減，在天然壩潰壩前村民也許會有足夠的時間逃脫。修正後模型的地形將590高地去除，則大部份的土石會直衝小林村，這也是導致滅村的

主要原因。因此所以在山崩模型建造時，不但要考慮前後的地形，還要考慮到崩塌過程中的地形變化，才能做出正確評估或預測土石流動的路徑與堆積區域。