覆土材料性質對於逆斷層錯動引致上覆土層變形之探討

斷層錯動引致上覆沖積土層之變形研究,其方法可分為現地調查、物理模型試驗以及數值分析等三類。在物理模型試驗方面,上覆土層大多以均質土層為考量:如Cole and Lade(1984)、林銘郎等人(2004)等以均質砂土層及Bray(1990)以均質黏土層進行物理試驗,然而,真實之沖積土層(如台北盆地之松山層)以及921地震之後其竹山交流道南側進行的槽溝挖掘調查結果顯示,斷層之上覆沖積層乃由數種不同性質之土層所構成,因此,本研究在模型試驗上欲更加接近真實沖積土層之情形,除了以均質土層(砂土層、黏土層)進行斷層錯動之模型試驗外,並採用砂黏土互層進行之,同時與數值分析模擬之結果加以比對。 物理試驗覆土層之材料計有純砂、純黏土及砂黏土互層三種,試驗目的在於探討剪切帶之發展演化趨勢、整體之變形行為與影響範圍等,均質黏土層之試驗結果將與均質砂土層作一相互比較。互層試驗為砂土層在上層而黏土層在下層,土層厚度皆為10cm,其結果將與均質土層試驗做比對。同時,就數值分析所得,均質黏土層與砂黏土互層之應力路徑進行破壞機制之探討。 試驗結果顯示,均質黏土層受斷層錯動產生之剪切破裂,其觀察到之發展順序與Bray(1990)相似;而均質砂土層剪切帶發展順序為由上盤向下盤遷移;砂黏土互層之試驗結果其黏土層形成單斜褶皺變形,而砂土層則產生兩條剪切帶。均質土層與互層物理試驗與數值模擬之比對相當,由數值分析所得之應力路徑可知:黏土層上盤部分靠近錯動處之地表面產生張力破壞;互層中砂土層與黏土層,雖然受力行為不同,但由斷層錯動產生之破壞方式皆以剪力破壞為主。影響範圍方面,均質砂土層、均質黏土層、砂黏土互層數值分析所得之影響範圍與物理試驗所得相當,皆為砂土層大於黏土層與互層,而黏土層與互層之影響範圍相近。不同土層材料之斷層擴展形式與影響範圍均不相同,若地中或地面存在結構物,對結構物所造成之損壞程度亦不相同。此外,在驗証數值分析工具之可行性後,未來可再以數值分析模擬全尺寸之逆斷層錯動,進行更詳細之定量分析。

作者:魏勇帆