岩塊抽離作用（plucking）

Annandale(1995)提出了一個簡單的示意圖(圖 2-3)以說明岩塊抽 離之作用，並針對岩塊抽離的過程做了完整的定性描述，首先由於水 流壓力波動之影響將節理面或弱面逐漸頂開(jacking)，之後岩塊受水 流 作 用 逐 漸 被 移 出 (dislodgement) ， 最 後 被 水 流 帶 走 脫 離 (displacement)。

圖 2-3 岩塊抽離示意圖(Annandale,1995)

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Whipple, et al. (2000)認為當河床面岩盤之節理間距在 1m 以下時，

主要的沖刷機制將為岩塊抽離作用（plucking），他們亦針對岩塊抽 離作用（plucking）的過程行為做了詳細的論述。一開始岩床由於受 到節理面風化、顆粒彈跳衝擊以及水流壓力波的影響造成岩盤上的裂 隙逐漸延展形成破裂面，之後隨著河床顆粒逐漸地透過磨蝕作用沖蝕 弱面，以及物理及化學風化作用的影響使裂隙逐漸增大直至完全擴展 連通，當裂隙連通、水流進入弱面之後，表面水流產生之拖曳力與底 面弱面水流產生的壓力波動兩者之間形成向上之壓力差，當此壓力差 能克服岩塊之重量及側邊之摩擦力時，將導致岩塊逐漸鬆動、抬升，

最終被水流帶走脫離。如下圖 2-4 所示

圖 2-4 岩塊抽離機制(Whipple, et al. 2000)

Annadale(2006b)對裂隙連通節理塊所受之作用力做分析，並提出 了一示意圖(圖 2-5)，圖中 為上舉力、 為岩床表面水壓、 為 節理塊自重、 及 則是節理塊和周圍岩塊相互影響所造成的剪

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力阻抗，當上舉力 大於節理塊所受的向下抵抗力時，會產生一淨 壓力，此淨壓力作用在節理塊上時會產生一初速度 ，經由式 2-4 轉 換即可得到節理塊之抬升高度(h)，

(式 2-4)

圖 2-5 岩塊攜出作用力示意圖(Annandale, 2006b)

Bollaert(2002)利用淨向上力之觀念，藉由理想化之邊界假設，假 設塊體之形狀為立方體，如圖 2-7 所示，並根據力平衡計算的概念，

推導出在單位時間 Δt 內塊體厚度與波動壓力之關係，如式 2-5：

(式 2-5) 上式中 hup=塊體可抬升高度；x_b=x 方向塊體長度；z_b=z 方向塊體

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長度；g=重力加速度； s=材料單位重；C_I=動力脈衝係數； _w=水單 位重；Fsh=作用於岩塊上之剪力和; c=壓力波動於含有氣體之水中傳 遞波速

(式 2-6) 上式中 Dj=射流水柱厚；Y=平衡尾水深

圖 2-6 動力脈衝係數(C_I)對水柱厚及尾水深之關係圖(Bollaert, 2002)

圖 2-6 為 Bollaert(2002)經由試驗結果迴歸而得，由圖中可觀察到 迴歸線之終點大約落在 =18，且其迴歸線公式(式 2-6)之曲線頂點 約落在 =17，因此當沖刷深度持續刷深導致 大於 17 時，C_I 值不降反增，進而產生上舉力隨沖刷深度增大而遞增此不合理現象。

而台灣河川湍短流急，岩床下刷深度較深，因此當 大於 17 時，

本研究即以迴歸線頂點之 CI值作為基準進行計算。

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Bollaert(2002)提出，當塊體上舉高度(h_up)超過塊體厚度(z_b)之一半 時(0.5≤hup/z_b<1)，節理塊即有可能被帶走脫離。並以塊體細長比(z_b/x_b) 與塊體上舉比例(hup/z_b)作圖，發現在細長比不超過 1:2 時，塊體上舉 比例較易達到抽離之可能範圍 0.5 以上。經由此概念，可求得岩塊穩 定所需厚度之門檻值，當岩塊之厚度大於此穩定所需厚度之門檻值時，

岩塊抽離不會發生。反之，當岩塊之厚度小於此門檻值時，則岩塊抽 離沖蝕機制便會發生。

圖 2-7 Bollaert 岩塊尺寸示意圖(Bollaert, 2002)