節理行為與組成模式

UDEC 程式在節理面的模擬上是假設兩個完整岩塊間的接觸面有 許多的接觸點，採用這些接觸點的性質來模擬節理面。接觸方式可依 照完整岩塊為剛性或可變形體分為兩種：(1)剛性塊體是採角對角 (corner to corner) 及角對邊(corner to edge) 的接觸方式，如圖 3.2 所 示；(2)可變形體則將接觸邊上所有的網格點作為接觸點，網格越小 時接觸點越多。

圖 3.2 角對邊或角對角之接觸方式(Itasca, 2004)

由於接觸點模擬節理面的效果將影響數值分析結果，因此 UDEC 程式利用下列四種假設解釋破裂面上接觸點之力學行為：

1. UDEC 程式無法辨識角對角之接觸方式，因此採圓角方式(round) 進行模擬，以一定量邊長或半徑為修角基準，如圖 3.3 所示。

2. 圓角化僅對塊體間接觸點的力學計算有作用，其他計算及參數值

並無影響，而是以圓角化之前的完整塊體來運算。另外，所採圓 角化的半徑大小將影響計算精度與運算時間，一般採用完整岩塊 邊長的 1%即能獲得良好的精度。

3. UDEC 程式會自動更新現有的接觸點，以避免完整岩塊滑動時接 觸點消失造成計算錯誤，此方法將有助於動態的分析及模擬，其 分析的方式是當完整岩塊滑動時，UDEC 程式更新功能自動產生 許多新接觸點，刪除舊接觸點，並將舊的接觸點上所存放資料完 全轉移至新接觸點上。

4. UDEC 程式對於面上之正向應力及剪應力計算方式是取用接觸點 及接觸點至臨近接觸點間距離的一半為其長度，計算節理上的正 向應力及剪向應力值，如圖 3.4 所示。

圖 3.3 圓角化之邊長基準(Itasca, 2004)

圖 3.4 邊對邊節理接觸方式(Itasca, 2004)

(一) 節理行為分析

其中 ∆u_s^e 為剪力位移增量之彈性分量，∆u_s 為總剪力位移增量 (含彈性及塑性位移)。

圖 3.5 節理受剪行為模式(Itasca, 2004)

(二) 節理組成模式

UDEC 程式中提供以下五種不同節理材料組成模式，作為各種不 同性質節理使用，其中大部分是依據庫倫滑動定律(Coulumb slip law) 發展而成，各種模式之基本假設及特性介紹如下：

1. 點接觸庫倫滑動模式(point contact)：

3. 面接觸位移弱化模式(displacement－weaking)：

使用於當節理面達剪力破壞時，將失去凝聚力及張力強度之模 擬。

4. 連續降伏模式(continuously－yield)：

該模式較 Coulomb 滑動模式複雜，程式中所需輸入參數相當多，

要從一般的物理試驗得到較為困難。該模式可用於節理達尖峰強 度後持續軟化行為之模擬。

5. Barton－Bandis 模式：

為非線性之節理行為模式，由 Nick Barton & Stavros Bandis 所提出，

直接使用試驗所得特有節理指數性質(index property)，但非 UDEC 的基本配備，需另外添購。

上 述 五 種 節 理 組 成 模 式 中 ， 以 採 用 節 理 為 面 積 接 觸 之 庫 倫

(Coulomb) 滑動模式最適用於一般工程的應用，此模式所需的摩擦角、

凝聚力參數比其他參數易於取得。連續降伏及 Barton-Bandis 節理模 式皆為不具理論基礎的經驗模式，因此需更多節理行為的相關知識及 (point contact)

粒狀材料、不規則形狀岩塊鬆 Barton－Bandis 模式 可由 Barton－Bandis 指數定

義之節理面