模擬規劃

梨山地滑區內的併構岩以形成機制大致分為兩類，分別為崩積土層及漸 變帶，形成機制的差異致使併構岩內部的岩塊排列、接觸狀況、尺寸以及岩

塊及基質的材料性質皆有所差異。

但由於淺層的崩積土差異性非常大，且基質與岩塊間組構極為不均，鑽 探取樣的岩心在此部分大多岩塊過大或與基質已分離甚至已沿岩塊劈裡開 裂，無法得到完整岩心做室內試驗，過去相關試驗也大多以重模方式試驗，

亦幾乎沒有針對崩積土的純岩塊或純基質得到試驗結果，故此部分模擬參數 也無法得到有利佐證，僅以近似的單位級假設其材料參數；加上岩塊無特定 方向性，故僅考慮對岩塊體積比一參數作分析模擬，內部岩塊尺寸及方向隨 機產生。

而深層的漸變帶由於其行程機制概地下水之升降造成沿板岩劈裡風化，

並非經崩落而形成，故孔隙率低且組構較均質，岩塊排列具特定方向性。模 擬的材料參數基質部分沈泥質黏土有過去相關試驗所提供之參數，板岩塊視 為弱風化板岩亦有相關參數可參考，劉勝華（2007）亦有針對此部分的基質 及板岩做室內試驗，參數亦可參考。此部分的模擬考慮的因素較多，可分別 考慮當岩塊具有特定角度，在不同的角度下對強度及整體材料參數的影響，

或改變岩塊長短軸比視其強度及整體材料參數的影響，除了改變單一條件如 岩塊角度、岩塊長短軸比外，其餘因子皆固定。另外體積比一直是併構岩力 學行為影響的重要參數之一，所以也比較不同岩塊體積比下併構岩力學行為 的差異。

可推論若試體未達到具代表性的尺寸，每個天然併構岩試體其試體內岩

塊的尺寸、方位、排列、位置等皆各不相同，因此表現出的力學行為就應力 應變曲線而言必然皆有差異，固定類似條件下的幾顆併構岩試體，其應力應 變曲線也預期會有其差異。虛擬力學試驗可推估可具代表性的尺寸大小，其 概念在於在模擬固定體積比及欲模擬的條件下，令試體尺寸放大，但試體內 之岩塊仍維持原尺寸， 當試體尺寸大到某一程度時，試體的個別差異對於整 體行為已無影響，即可得知該試體尺寸大小已達具代表性的試體尺寸，即此 一尺寸之試體一顆即足以取代所有試體的均值。

過去其他學者之研究指出併構岩試體最大岩塊與試體的比例在過去研究 中曾被提出為一影響整體材料參數c、ψ 的因素， 虛擬力學試驗亦可調整試 體內最大岩塊體積比來比較其趨勢是否符合過去研究所提出之論點。

4.4.1 模擬併構岩試體流程

圖 4- 7 模擬併構岩試體流程圖

4.4.2 模擬漸變帶併構岩岩塊體積比差異

漸變帶併構岩由於岩塊排列具有特定方向性，故模擬試體亦需具有特定 方向性，但由於方向性亦是參數討論的重點之一，故在討論體積比差異時，

所有試體岩塊之方向性皆固定為同一傾角，此傾角固定為60°，而岩塊方向 性的分佈則是以類似常態分佈的方式，傾角為60°的岩塊數量最多，其餘隨 角度增減而數量遞減。岩塊種類（三種形狀、四種長短軸比）、尺寸及位置 隨機產生，目前預定分成四種岩塊體積比來討論，分別是 30%、45%、60%、

75%，產生的試體如圖 4- 8。

圖 4- 8 岩塊具方向性不同體積比併構岩試體

4.4.3 模擬漸變帶併構岩岩塊角度差異

由於漸變帶併構岩的形成機制係由完整板岩沿其劈裡風化，故仍未嚴重 風化的岩塊保有原板岩劈裡的位態，就完整板岩含有節理時節理的方向性對

整體強度即有明顯異向性，故併構岩內岩塊具有特定方向性勢必也對於強度 及整體材料參數有影響，針對岩塊具不同角度的併構岩試體來討論其影響有 其必要性。

為凸顯岩塊方向性，取長短軸比為 3：1 的岩塊；而由於三角形岩塊具有 的方向除了長邊外，其餘兩短邊也會具另一方向性，破壞面可能會因為短邊 的方向較符合最弱面方向而沿其破壞，為避免此情況發生而導致結果趨勢不 明顯，岩塊形狀僅選擇四邊形的岩塊。

模擬試體內除了岩塊傾角改變外（0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°），

試體岩塊體積比皆定在45%，內部岩塊形狀為長短軸比 3：1 的四邊形，每 一岩塊尺寸、位置仍隨機產生，產生的試體如圖 4- 9 及圖 4- 10。

圖 4- 9 岩塊具不同方向性體積比 45%併構岩試體（一）

圖 4- 10 岩塊具不同方向性體積比 45%併構岩試體（二）

4.4.4 模擬漸變帶併構岩岩塊長短軸比差異

漸變帶併構岩岩塊具特定方向性，但具方向性的岩塊其長短軸比皆各有 差異，長短軸比值越大可能造成強制破壞沿岩塊方向或穿越岩塊，而長短軸 比值較低破壞面就易沿岩塊間空隙穿越而不一定沿岩塊方向或穿越岩塊。由 於此模擬主要討論長短軸比對於整體行為影響是否明顯，不考慮岩塊方向影 響，故固定岩塊角度，而三邊形岩塊影響破壞面發展便不是重要因素，可將 岩塊形狀加入三邊形岩塊。模擬試體內除了岩塊長短軸比改變外（1：1、1.5：

1、2：1、3：1），試體岩塊體積比皆定在 45%，內部岩塊形狀及角度為傾 角60°的三邊形或四邊形，每一岩塊尺寸、位置仍隨機產生，產生的試體如 圖 4- 11。

圖 4- 11 岩塊具方向性不同長短軸比體積比 45%併構岩試體

4.4.5 模擬崩積土併構岩岩塊體積比差異

崩積土由於形成方式是由邊坡崩落或滑落的堆積岩塊經風化或地表水帶 來細砂或黏土於岩塊間沈積，基本上岩塊並無特定方向性，而基質也與深層 漸變帶的併構岩有所差異，為砂質黏土，摩擦角較高，凝聚力較低，且併構 岩形成前岩塊與基質並非同時存在，而是崩落的岩塊空隙經地表水帶來細粒 料沈積，故其岩塊與基質間膠結性不佳，加上處於地表淺層，壓密作用不明 顯，故基質為較疏鬆且與岩塊間存在較多孔隙，模擬時併構岩基質材料參數 需稍做修改。

崩積土岩塊無特定方向性，排列亦無規則可循，故僅就岩塊體積比對整 體力學行為影響提出定性討論，目前預定也是分成四種岩塊體積比來討論，

分別是30%、45%、60%、75%其他如岩塊角度、種類、位置皆為隨機產生，

僅討論岩塊體積比之影響。

4.4.6 討論試體尺寸對併構岩試體力學行為變異性的影響

併構岩為基質與岩塊組成的複合材料，由於影響其力學行為的因素複 雜，目前僅能就可能影響的因素經由數值模擬的方式來探討，但由於組構複 雜，各試體內岩塊形狀、排列甚至位置不同所呈現的力學行為即有差異，就 算所討論的條件類似的試體所呈現出來的力學行為亦有差異，也直接反映於 整體的材料參數如 E、c、φ等，數值模擬材料性質為均質已具有變異性，實 際併構岩試體材料較不均質，所得到結果勢必變異性更大。但若岩塊相對於 試體尺寸越小，其形狀、排列、位置等因素之影響可預期會趨於緩和，當試 體相對於岩塊大到某一程度時，若能取幾顆的試體實驗所得到的力學行為會 非常類似，當試體到達此種尺寸時，一顆試體即可代表此種情況下所有試體 的結果。而現地取樣必然無法取得如此龐大試體，但可藉數值模擬方式來驗 證此想法的合理性，亦推估若要達到這樣的條件，所需的試體尺寸。