案例應用

本節就一現地案例進行單岩塊抽離微觀數值模擬之簡化分析。研 究案例為建造於大漢溪主流之義興壩，其現地量測資料取自設置攔河 堰引致岩盤沖刷之機制與評估研究報告書(國立交通大學防災與水環 境研究中心,2010)，以下先描述義興壩周圍地質條件、流況，等基本 資料，繼而進行塊體抽離模擬之簡化分析。

(1) 義興壩之基本簡介

義興壩建造於大漢溪主流，位於石門水庫上游約 3 公里處。壩長 100 公尺，主要為一混凝土重力式格籠壩及混凝土重力式溢流壩所組 成之防砂壩。義興壩址之基層岩盤為木山層，在壩基部分主要以厚層 塊狀砂岩及砂頁岩互層為主。附近地層位態約為 N16E/8N，地層走向 與水流流向大致平行。義興壩前形成一巨大的沖刷坑，其沖刷特徵在 岩石成塊狀脫落，不論厚層塊狀砂岩或砂頁岩互層岩塊沿著節理面及 層面脫落的現象均相當明顯。義興壩附近之粉砂岩單壓強度平均約為 80 MPa。由於此區砂岩多屬於正石英砂岩，強度高抗物理風化能力強，

表面磨蝕沖刷行為較不明顯，現場現象觀察大部分呈現的沖蝕機制由 塊體抽離所主控。(國立交通大學防災與水環境研究中心,2010)

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(2)現地量測資料

依據現地調查量測，義興壩附近下游左岸地層位態約為 N16E/8N，

右岸及壩基附近位態約 N16E/16N，岩體單位重 2.7t/ ，本區域砂岩 節理發達，有 2 組垂直河道且互相正交的解壓節理，節理間距約 0.25~1.5 公尺，層面間距約 0.7~1.5 公尺，且本區域砂岩風化程度不 高，節理面弱化程度不高，解壓節理間距約為 1~5 釐米，填充物多為 岩石碎屑或無凝聚性土壤。

水理參數採分析期間最大洪水量為民國 93 年艾利颱風，流量為 8,527 cms，與 50 年重現期距之洪水量(8,222 cms)相近，故水理參數 採用 CCHE 2D 於 Q50時的分析結果，水流流速 18.4(m/s)，跌水距離 為 7.4(m)、尾水深為 31(m)，射流水柱厚為 3.1m。

(3)岩床表面塊體脫離分析

經 由 節 理 間距 以 及 層面 間 距 可得 到 義 興壩 附 近 塊體 大 小 約 1.5 1.5 1.5(m)，同時將現地量測資料岩體單位重 2.7t/ ，水流流速 18.4(m/s)，沖刷坑深度 35.4(m)，射流水柱厚=3m 帶入公式即可推得 淨壓力波動平均差(F')=51557(N)、塊體重 W=89393.6(N)。本研究假 設節理面上摩擦係數為 0.5，藉由式 5-2 推得抗剪阻抗為 215055(N)，

大於淨壓力波動平均差(F')，塊體只可能呈等速運動上升，最後經由

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119 需列入考慮，有效洪程 2004/08/24 12:00AM 至 2004/08/25 9:00AM。

表 6-2 艾莉颱風洪程內之流量-時間關係圖 2135.15 2488.37 2949.46 3850.60 4542.60 4914.70 5397.09 02:00 AM 03:00 AM 04:00 AM 05:00 6122.02 6358.84 6813.11 7360.89 7249.29 6813.11 6393.12 5939.72 10:00AM 11:00AM 12:00 PM 01:00 PM 02:00PM 03:00PM 04:00

PM

05:00P M 4570.60 3639.16 3080.46 2576.83 2401.76 2073.61 1781.98 1612.12 06:00 PM 07:00 PM 08:00PM 09:00 PM 10:00 PM 11:00 PM 12:00

AM 1389.93 1335.79 1187.27 1119.94 1049.17 1009.16 953.62

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表 6-3 中，第 1-4 欄為已知，第 5 欄須隨累積下刷深度作修正，

並經由公式 2-6 求得 CI(第 6 欄)，再帶入公式 6-1、6-2 求得淨上舉力 F'(第 7 欄)及 F'/W(第 8 欄)，最後藉由查圖 6-1 即可求得塊體之上舉速 率(第 9 欄)，進而換算為抬升高度(第 10 欄)及累積下刷深度(第 11 欄)

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經結果分析有效洪程 10 小時，總抬升高度 15.116(m)，共 10 塊 岩塊可脫離，下刷深度 15(m)。且由表 6-3 可觀察到當洪程介於 2:00 AM~3:00 AM 時，下刷深度較深，導致尾水深升高，使下一時階雖然 流量增高，但流速反而減低，之後再隨流量遞增，流速逐漸增高。此 外，將上述塊體尺寸 1.5x1.5x1.5(m)及相關地質條件帶入 Bollaert(2002) 之模型進行分析，可得到當下刷深度達 16(m)時，塊體上舉高度(hup) 為 0，已不會再發生塊體抽離。

經上述討論與分析，可知此區岩盤之沖刷機制以塊體抽離為主。

本章經以義興壩前之沖刷坑承受艾利颱風洪程為例，確立此簡化分析 方法應具可行性。

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