影響因子探討：塊體排列及岩橋佈置

本模擬為探討岩橋設置密度與塊體脫離之關係，先將岩橋所占比 例 0.5 固定，改變圓盤(disk)之半徑(Radius)進行模擬，並紀錄上舉速 率最快的塊體隨時間變化之抬升高度。表 5-6 所記錄之抬升高度為塊 體於第一秒內之抬升高度。

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表 5-6 圓盤半徑 Radius(m)與塊體抬升高度(m)之關係圖 圓盤半徑

Radius(m)

岩橋設置位置 第一秒抬升

高度(m)

0.005 0.0282

1 0.1242

1.5 0.1793

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由表 5-7 可觀察：隨圓盤(disk)半徑(Radius)增大，岩橋之設置位 置也更集中，導致部分岩塊周圍節理不含有岩橋，呈完全連通，使塊 體抬升速率加快，容易產生脫離。且由於岩橋所占比例(area-ratio)固 定，可推估出此現象之極端狀況為節理面上一半有岩橋連接、一半則 分離(如圖 5-24)，使圓盤半徑(Radius)對上舉速率之影響有一上限值。

圖 5-24 當圓盤半徑(Radius)2.5(m)時，岩橋之設置位置

(2)塊體排列

本研究先建立節理傾角 90°、75°、60°三種試體(如表 5-8)，並模 擬當節理傾角 90°時，改變岩橋所占比例 0、0.5、1 對塊體抬升高度 之影響。接著將三種試體分別模擬當節理完全連通以及部分連通(岩 橋所占比例 0.5)兩種情形，探討塊體脫離之過程及行為。並施加如圖 3-11 之壓力波動於試體表面塊體上進行模擬，以下為模擬試驗結果。

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表 5-7 不同節理面傾角之多岩塊岩床虛擬試體

傾角 俯視圖 側視圖

90°

75°

60°

(1)節理傾角 90°：圖 5-25 為節理傾角 90°時之塊體排列俯視圖，

表 5-8 至 5-10 為不同節理狀況下，與圖 5-25 相對應塊體於第一秒抬 升高度(m)

圖 5-25 節理傾角 90°時之岩塊分布位置俯視圖

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表 5-8 完全連通(傾角 90°且岩橋所占比例為 0) 0.1770 0.2120 0.1550 0.1550 0.1230 0.0717 0.2970 0.3720 0.3300 0.2020 0.1590 0.0868 0.0914 0.0417 0.0505 0.0754 0.0814 0.0657

表 5-9 部分連通(傾角 90°且岩橋所占比例為 0.5) 0.1790 0.2080 0.2020 0.1260 0.1020 0.0667 0.3090 0.3610 0.3140 0.1840 0.1500 0.0799 0.1160 0.0454 0.0592 0.0904 0.0824 0.0651

表 5-10 完全密合(傾角 90°且岩橋所占比例為 1) 0.1770 0.2050 0.1860 0.0938 0.0819 0.0637 0.2930 0.3140 0.2390 0.1590 0.1250 0.0760 0.1180 0.0747 0.0570 0.0749 0.0657 0.0570

本研究假設節理傾角為向右傾斜，因此最右邊岩塊會先脫離，本 研究即定義此最先脫離之岩塊為關鍵岩塊，多岩塊脫離之行為及抬升 高度大致與下列幾點有關：(1)岩橋強度、(2)關鍵岩塊脫離與否、 (3) 塊體之間作用力、(4) 塊體脫離移動之方向及距離

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經表 5-8 至 5-10 得知當節理面含有岩橋時，岩塊整體抬升高度 會降低，且隨著岩橋所占比例越高，岩塊整體抬升高度越低。本模擬 因節理傾角為 90°，所以不受關鍵岩塊之影響。而當岩塊被抬升產生 位移時，周圍塊體會施予塊體與移動方向相反之摩擦阻抗，但因節理 傾角為 90°，所受合力垂直向上，岩塊會沿最短路徑垂直向上抬升。

(2)節理傾角 75°：圖 5-26 為節理傾角 75°時之塊體排列俯視圖，

表 5-11、5-12 為不同節理狀況下，與圖 5-26 相對應塊體於第一秒抬 升高度(m)

圖 5-26 節理傾角 75°時之岩塊分布位置俯視圖

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表 5-11 完全連通(傾角 75°且岩橋所占比例為 0) 0.160 0.160 0.180 0.169 0.168 0.198 2.280 0.183 0.183 0.202 0.214 0.219 0.254 1.970 0.144 0.139 0.161 0.121 0.122 0.152 0.398

表 5-12 部分連通(傾角 75°且岩橋所占比例為 0.5) 0.0065 0.0065 0.0264 0.0498 0.0485 0.0372 10.20 0.0365 0.0365 0.0640 0.0619 0.0553 0.0853 10.30 0.0239 0.0239 0.0531 0.0464 0.0358 0.0361 10.40

圖 5-26 顯示岩塊會先從關鍵岩塊開始由右向左依序抬升，含有 岩橋時，岩塊整體抬升高度會降低。但比較表 5-11、5-12 可觀察到 當試體含有岩橋時，關鍵岩塊之抬升高度反而比較高，其原因為節理 連通時，塊體的平均抬升量較高，關鍵岩塊受周圍塊體之影響時間也 較長，導致脫離所需時間較長，反之當塊體含有岩橋，試體平均抬升 量低，關鍵岩塊受周圍塊體之影響時間短，脫離所需時間也較短(如 圖 5-27)，但此前提為壓力波動之最大值須大於關鍵岩塊之岩橋強度，

此關鍵塊體才會被抬升。此外，因節理傾角為 75°，且正向力與節理 面垂直，會產生水平向分力，使岩塊往右上方移動。

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圖 5-27 關鍵岩塊於不同節理條件下，抬升高度(m)與時間(t)關係圖

(3) 節理傾角 60°：圖 5-28 為節理傾角 60°時之塊體排列俯視圖，

表 5-13、5-14 為不同節理狀況下，與圖 5-26 相對應塊體於第一秒抬 升高度(m)

圖 5-28 節理傾角 60°時之岩塊分布位置俯視圖

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 0.5 1 1.5 2

抬升高度(m)

t(s)

節理連通 含有岩橋

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表 5-13 完全連通(傾角 60°且岩橋所占比例為 0) 0.0207 0.0198 0.0249 0.0610 0.1560 0.1820 0.2220 0.0817 0.1350 0.1270 0.1920 0.2390 0.2580 0.3530 0.0019 0.0017 0.0115 0.1540 0.1840 0.2100 0.2250

表 5-14 部分連通(傾角 60°且岩橋所占比例為 0.5) 0.0000 0.0000 0.0000 0.0666 0.0565 0.0565 0.2410 0.0008 0.0008 0.0124 0.0401 0.0568 0.0831 0.3620 0.0004 0.0004 0.0035 0.0064 0.0415 0.0391 0.2200

當節理傾角為 60°時，岩塊同樣由關鍵岩塊開始向左依序抬升。

含有岩橋之塊體抬升量也比節理連通之塊體低，且因塊體傾角為 60°

會受水平方向作用力之影響，往右上方脫離，但與傾角 75°相比其水 平方向分力較小，水平移動量也會較少，因此雖從表 5-12 及表 5-14 中觀察兩試體之最高抬升高度差不多(關鍵岩塊不列考慮範圍)，但實 際上節理傾角為 75°之塊體移動距離較長，較快脫離。由上述試驗可 得知關鍵岩塊在塊體之上舉速率中扮演重要的角色，而當節理傾角為 90°時，受關鍵岩塊影響小，塊體上舉速率最快。

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由圖 5-30 可觀察關鍵岩塊脫離前，塊體抬升高度有限，須沿節 理面緩慢向上抬升；關鍵岩塊一旦脫離後，其他塊體由右向左依序抬 升。且比較圖 5-29 與圖 5-30，隨著節理面角度遞減，關鍵岩塊脫離 前後之抬升高度變化也越大，甚至當關鍵岩塊脫離後，由於節理面傾 角較小，受周圍塊體之摩擦阻抗減少，塊體之第一秒抬升高度 0.395(m) 比節理傾角 90°時之第一秒抬升高度 0.372(m)還大，由此可知，在進 行多塊體岩床抽離模擬前，可先研判關鍵岩塊是否易抽離，越易脫離，

關鍵岩塊於岩床沖刷速率扮演之角色越形重要。