三维雷射扫描技术於岩坡落石分析之应用.PDF

2006 岩盤工程研討會論文集，台南 2006 Taiwan Rock Engineering Symposium, Tainan June 26-27 三維雷射掃描技術於岩坡落石分析之應用 顧承宇 1 翁孟嘉 2 高憲彰 3 陳建忠 4 李怡先5 1,2,3 財團法人中興工程顧問社 大地工程研究中心 4,5內政部 建築研究所 摘要 台灣地區於民國 88年間之921大地震後，多數受地震影響之區域地質尚不穩定，極易再次 發生崩塌落石。實際落石受地表地形之影響甚 大，如何準確的將地表地形條件反映在落石分 析中是落石分析之關鍵問題。本研究整合三維雷射掃描技術於岩坡落石問題之分析應用，研 究內容分為： (1) 採用三維雷射掃描技術進行岩坡地形現地測量，建立提供高解析度之數值 地形模型， (2) 以高解析度數值地形模型進行落石問題之特性研究，包含落石來源區、堆積 區、落石崖錐安息角、與不同時期之地形變遷特性等， (3)整合三維雷射 DTM與落石分析如 集塊質量法與DDA法等，除可真實反應現地之邊坡地形並提昇落石模擬與預測之準確度外， 後續相關應用如防護工法及其防護效能之評估研究亦提供快速有效之地形資訊。 關鍵字：落石分析、崖錐、三維雷射掃描、不連續變形分析法、數值地形模型。 一、前言 台灣位於歐亞板塊與菲律賓板塊交接處，地處造山運動之 板塊邊緣，因此台灣之自然環 境特性多為地形陡峻、地質破碎、節理發達，再加上民國 88年間之921大地震後，使得岩坡表 面之開裂節理鬆動，在颱風、地震或豪雨過後 常發生落石災害。依據研究顯示，台灣地區之 落石災害可維持數十年之久，以北部濱海公路 台( 2線 ) 82K至139K為例，民國68年後通車至今 坍方落石災害頻繁，就民國83年到民國85年間共發生84次落石災害，總坍方量為25500立方公 尺 [1] 。另921大地震後，行政院國家科學委員會進行全面性勘災調查顯示，針對坡地崩塌類 型之統計結果以岩石滑移、岩屑崩滑所發生之次數最多，共計 218處，佔總普查筆數之 63% 。 其次為落石、翻轉型破壞，共計77處，佔總普查筆數之 23% 。而中部橫貫公路台( 8線 )於921 大地震後，谷關至德基段沿線崩塌落石不斷，致93年間台8線重建工程完成後又因 72水災再次 嚴重損毀，至今仍因落石嚴重 而無法通車，如圖所示1 [2] 。由以上統計資料可發現，岩坡落 石災害對於山坡地區域所造成之影響實不容忽視。因此有必要針對落石災害之議題進行研 - 387 - 顧承宇、翁孟嘉、高憲彰、陳建忠、李怡先 三維雷射掃描技術於岩坡落石分析之應用 387-396 究，期降低其危害。 落石分布之位置廣泛且不確定，且實際落石行為受地表地 形之影響甚大，如何準確的將 地表地形條件反映在落石分析中是落石分析之關鍵問題。目前對於特定邊坡之落石分析設計 時多採大比例尺之地形圖或是直接進行地面測 量獲取地表地形，惟其成本高且製作費時，另 對高陡邊坡之精度有限亦不易反應真實現地地形。本研究整合三維雷射掃描技術於岩坡落石 問題之分析應用，研究內容可分為： (1) 採用三維雷射掃描技術進行岩坡地形現地測量，建 立提供高解析度之數值地形模型，(2) 以高解析度數值地形模型進行落石問題之特性研究， 包含落石來源區、堆積區、與不同時期之地形變遷特性等， (3)整合非連續體分析之不連續 變形分析法進行岩坡落石之塊體運動、塊體旋轉及塊體間碰撞等不連續體大變位之分析計 算，相關研究內容與方法詳下所述。 圖 1