6.2 模擬顆粒彈跳造成沖蝕( SALTATION )的結果
6.2.1 驗證模擬顆粒彈跳造成沖蝕之影響結果
6.2.1.4 撞擊角度之影響結果
本節係以撞擊角度為沖蝕為沖蝕變因，主要為模擬文獻 2.3.2
Foley(1980)所提到顆粒撞擊岩床角度分為低角度的切削磨損 (cutting wear) 及高角度的變形磨損 (deformation wear)，分別以撞擊角度 60 度模擬高角度 的變形磨損及 30 度模擬低角度的切削磨損，使用此兩種角度以進行模擬時 之可變影響因子，固定岩性強度及沖蝕驅動力之撞擊速度及撞擊顆粒尺寸，
分別就兩種撞擊角度與岩性強度、撞擊速度及顆粒尺寸之組合進行模擬，
模擬所得之結果如表 6-7~9 所示。經資料統整歸納後如圖 6-23~30 所示，當 撞擊角度大時所產生沖蝕顆粒數目相對會大於撞擊角度小時，其異常情形 為高速高角度小顆粒撞擊時會造成較多沖蝕顆粒數目，而於高速低角度小 顆粒即不會產生此種情況，顯示撞擊角度亦是一重要影響因子。而根據高 角度 60 度的變形磨損從模擬結果顯示破壞之範圍深度會較深，面積會較大，
而低角度 30 度的低角度切削磨損從模擬結果顯示破壞深度會較於表面破壞，
破壞面積亦會較小於高角度變形磨損。
98
表 6-7 以撞擊角度為變數之模擬結果(高速條件)
撞擊角度 項目
60 30
顆粒數 組數 顆粒數 組數 高速大顆粒 28 1065 3 172 3 高速大顆粒 20 1396 3 223 3 高速大顆粒 12 2555 3 351 3 高速中顆粒 28 662 3 109 3 高速中顆粒 20 819 3 130 3 高速中顆粒 12 1436 3 241 3 高速小顆粒 28 718 3 59 3 高速小顆粒 20 983 3 75 3 高速小顆粒 12 1479 3 155 3
99
表 6-8 以撞擊角度為變數之模擬結果(中速條件)
撞擊角度 項目
60 30
顆粒數 組數 顆粒數 組數 中速大顆粒 28 428 3 80 3 中速大顆粒 20 533 3 101 1 中速大顆粒 12 827 3 175 1 中速中顆粒 28 185 3 62 1 中速中顆粒 20 235 3 86 1 中速中顆粒 12 496 3 164 1 中速小顆粒 28 159 3 21 1 中速小顆粒 20 198 3 35 1 中速大顆粒 28 428 3 80 3
100
表 6-9 以撞擊角度為變數之模擬結果(低速條件) 撞擊角度
項目
60 30
顆粒數 組數 顆粒數 組數
低速大顆粒 28 90 3 5 1
低速大顆粒 20 117 3 7 1
低速大顆粒 12 147 3 6 1
低速中顆粒 28 52 3 4 1
低速中顆粒 20 70 3 6 1
低速中顆粒 12 99 3 16 1
低速小顆粒 28 31 3 3 1
低速小顆粒 20 42 3 6 1
低速小顆粒 12 57 3 10 1
101
圖 6-23 不同條件下受沖蝕顆粒數目與撞擊角度間關係(高速大顆粒)
圖 6-24 不同條件下受沖蝕顆粒數目與撞擊角度間關係(高速中顆粒)
102
圖 6-25 不同條件下受沖蝕顆粒數目與撞擊角度間關係(高速小顆粒)
圖 6-26 不同條件下受沖蝕顆粒數目與撞擊角度間關係(中速大顆粒)
103
圖 6-27 不同條件下受沖蝕顆粒數目與撞擊角度間關係(中速中顆粒)
圖 6-28 不同條件下受沖蝕顆粒數目與撞擊角度間關係(中速小顆粒)
104
圖 6-29 不同條件下受沖蝕顆粒數目與撞擊角度間關係(低速大顆粒)
圖 6-30 不同條件下受沖蝕顆粒數目與撞擊角度間關係(低速中顆粒)
105
圖 6-31 不同條件下受沖蝕顆粒數目與撞擊角度間關係(低速小顆粒)
6.2.1.5 Sklar 模式改變楊氏係數Y值及張力強度σ
G值之影響結果
Sklar & Dietrich (2004)根據 Engle(1978)岩石對於撞擊顆粒的阻抗能力 取決於材料的彈性能之儲存能力(depends on the capacity of the materialto store energy elastically)，進而以單位體積可承受能量(ε )做為一界定值，而ε 與岩石之楊氏係數Y及張力強度σG有關，其關係如 6-2 式所示。ε k β k σG)
2Y 6 2式 k ：係數 β：彈性應變能J m⁄ . A
先針對楊氏係數(Y)本節模擬主要採用中撞擊速度(6m/s)、高撞擊角度 (60 度)、中撞擊顆粒尺寸(2cm)及中岩性強度(20MPa)條件進行模擬，模擬組 數為改變三個 Y 值觀察模擬所造成沖蝕顆粒數目之改變，每個 Y 值模擬三
106
107
圖 6-32 相同條件下受沖蝕顆粒數目與楊氏係數間關係(相同沖蝕作用力及 岩性強度)
表 6-11 軟弱砂岩之單壓強度轉換為張力強度
張力強度(MPa) 轉換 單壓強度(MPa) 2.6
1/15
39.1
1.3 20
0.73 11
表 6-12 以張力強度(MPa)為變數之模擬結果
條件 張力強度(MPa)
高速高角度中顆粒 沖蝕顆粒數目
2.6 152
1.3 235
0.73 385
108
圖 6-33 相同條件下受沖蝕顆粒數目與張力強度間關係(中速高角度中顆粒)
6.2.1.6 改變撞擊點之影響結果
6.2.1.1~3 三個小節中結果中之各模擬皆取三組沖蝕顆粒集合體，但結 果皆相同，乃因為三組之撞擊點其實並無不同，因此沖蝕顆粒數目結果都 一樣，令探討結果之變異性失去了意義。此子節針對中撞擊速度(6m/s)、高 角度(60 度)、中撞擊顆粒(2cm)及中岩性強度(20MPa)做不同撞擊點之模擬，
其撞擊位置顯示如圖 6-34 所示，進而找出本模擬亦是有變異性，其模擬結 果如表 6-13 所示，其結果變異性如圖 6-35 所示。
109
表 6-13 改變撞擊點觀察沖蝕顆粒變異性
圖 6-34 撞擊點改變對沖蝕顆粒數目之變異性 條件
撞擊點
中速高角度中顆粒 沖蝕顆粒數目
原始點 235
向原始點後方移 2cm 273 向原始點前方移 2cm 320
110
圖 6-35 撞擊點改變示意圖
撞擊原始點
原始點向後移 2cm
原始點向前移 2cm
111
根據 Sklar & Dietrich(2004)之模式了解當楊氏係數(Y)越大時，會產生 越多沖蝕顆粒，而張力強度越大時，所產生之沖蝕顆力會越小，其因素皆 是與單位體積可承受能量有關，楊氏係數與單位體積顆承受能量呈反比關 係，而張力強度與單位體積承受能量成一平方正比關係。
本研究透過變動撞擊點位置檢討相同條件下撞擊沖蝕之變異性，可顯 示當撞擊點不同時，沖蝕量有所不同，其原因推測係因為撞擊後被撞擊顆
112
pb_sstrength 三項主要材料參數。而顆粒之勁度參數(kn、
ks)主要掌控試體整體之楊氏係數(Y)值，而從 6.2.1.5 節之模擬結果即可了解
pb_sstrength)主要掌控試體整體之強度，而從 6.2.1.5 節之模擬結果即可了解 當主控試體強度之平行鍵結強度參數有所變動時，會影響到試體之強度就 會影響到沖蝕行為，強度變高時受沖蝕顆粒數目亦會減少。
113
114
115
強度所產生之剪向鍵結破壞所致。
2. 就就顆粒彈跳造成撞擊之沖蝕作用，在撞擊速度大、高撞擊角度及 大撞擊顆粒的作用條件下，受沖蝕脫離之顆粒數目最多，所形成破 壞 之 區 域 也 會 越 大 。 高 角 度 撞 擊 時 主 要 係 形 成 「 變 形 磨 損 」 (deformation wear)。低角度撞擊時則主要形成較表層之破壞，或可 稱「切削磨損」(cutting wear)。撞擊所生之鍵結破壞大多為剪向破 壞。
116
2. 未來或有可能運用虛擬沖蝕試驗，配合相關之實驗室沖蝕試驗結果，經 適當率定後，由虛擬沖蝕試驗所得之沖蝕行為與數據建立資料庫，用來 建立適當之巨觀組合律以模擬實際河道或河岸之沖蝕行為。
3. 關於微觀參數之率定，採用模擬三軸試驗與室內三軸試驗的結果作率定，
或有可能部分參數會與實際室內試驗之結果產生落差。故當微觀參數確 定後，需觀察其模擬沖蝕行為，是否會與現地情況有落差，再進行下一 階段之模擬。
4. 由於模擬沖蝕試驗的目的為使影響沖蝕因子單純化，以找出主控沖蝕影 響因子，但現地沖蝕情況可能夾藏許多其他影響因子，單純以模擬程式 模擬沖蝕行為或有可能令沖蝕量有所偏差，故亦需對照現地沖蝕資料，
找出一定之沖蝕關係。
5. 為求虛擬試體均質及重複性高，本研究未考慮岩石中含有節理及裂隙等 弱面，未來模擬試體可考慮加入節理及裂隙，可能更接近現地岩性。
117
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