第一章 緒論
1.1 研究動機
近年來由於氣候變遷以及台灣本身氣候與地質條件影響，導致河 道流量及流速產生劇烈變化，加上砂石過度地開採以及跨河構造物之 興建，都直接間接地造成河道上流況以及地質條件發生改變，進而產 生河道岩床裸露的情形。
在以往研究上普遍認為岩床的強度高不易被水流沖蝕，因此過去 在河川工程上對於沖蝕之問題多著重於橋樑橋墩底下沖積層之沖蝕 以及跨河構造物本身的穩定性，而往往忽略了河道底面岩床以及河道 側壁沖刷之可能性。且由於台灣地質條件較為年輕，出露岩層年代大 多為上新世及更新世，此類岩層成岩時間較短，強度較差，其單壓強 度介於 0.5 至 25MPa 之間，因此當洪水來臨時，岩床之沖蝕行為更為 明顯，導致構造物基礎受水流沖蝕掏空，進而影響到各種取水設施以 及跨河構造物之安全性
岩 床 沖蝕 機制 大致 可分 為岩 塊抽 離（ plucking） 、 顆 粒 磨 蝕
（abrasion）、顆粒跳躍衝擊（saltation）及穴蝕（cavitation）等。而 就現地調查資料顯示顆粒磨蝕及穴蝕所造成之沖蝕影響範圍通常較 為局部且速度也較為緩慢，其磨損尺度大多為公分級。反觀岩塊抽離
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所造成之磨損尺度往往達到數十公分甚至公尺級的單位，其主要原因 在於岩質河床受地質構造運動影響，導致岩床面上節理發達，岩塊易 受水流壓力波影響，被抬升脫離帶往下游，產生大規模的河道沖蝕行 為，由此可知岩塊抽離（plucking）在岩床沖蝕上扮演著不可忽視的 角色。
就現有的岩床沖蝕理論，多定性地探討大規模之沖蝕行為對地形 地貌發展之影響，而局部性的研究如抗沖蝕能力指標評估，也並非以 力學分析為基礎，探討河道之沖蝕過程，僅由一系列之經驗關係式進 行岩床沖蝕行為之評估。也因如此許多學者進而嘗試採用室內試驗進 行沖蝕行為之模擬，但因受限於試驗儀器條件之限制，以及試體難以 取得、性質變異性過大等問題，目前成果較難反應現地之地質條件。
基於上述原因，本研究採用微觀數值模擬分析進行岩塊抽離沖刷之模 擬，將微觀數值模擬視為「虛擬沖刷試驗」，並期望與現地勘查結果 以及室內試驗進行比較分析，探討岩床沖蝕之趨勢，繼而提出適當的 模擬模型，且利用此模擬模型進行研究分析。
1.2 研究目的
本研究以數值模擬為方法，PFC3D軟體為工具，針對岩床沖刷機 制中塊體抽離進行模擬，主要模擬之現地情形可分為三種，第一種為 模擬在含有豐富節理的岩床上，任一岩塊周圍節理完全連通時，塊體
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抬升上舉之行為；第二種為模擬當單一岩塊周圍節理部分連通時，其 塊體抽離之行為；最後一種現地情形則為模擬當岩床面上多岩塊同時 受到水流壓力波動作用陸續抬升時，其塊體彼此之間相互作用上舉之 行為。
本研究依據上述現地情形建構出塊體抽離之微觀數值模擬模型，
進行虛擬沖刷試驗，並經由虛擬沖刷試驗之結果以探討影響塊體抽離 之重要因子，最後並提出可估計某一洪程下岩質河床發生塊體抽離沖 刷量之簡化分析方法。
1.3 研究內容與流程
本論文分為七章，以不同層次探討岩質河床塊體抽離沖刷之微觀 數值模擬。除本章介紹此研究之動機與目的，各章節簡述如下：
第二章為文獻回顧，整理及回顧前人所做與岩床沖刷機制相關之 研究，並介紹本研究所採用的方法 Distinct element method(DEM)之基 本理論及應用範圍。第三章為研究方法與規劃，描述塊體抽離模擬試 體之建立流程以及後續模擬試驗規劃。第四章為節理設置及參數探討，
描述節理面與岩橋之設置流程，且經由虛擬直剪試驗探討節理面上各 個影響因子。第五章為虛擬沖刷試驗之結果與討論。第六章提出可估 計岩質河床發生塊體抽離沖刷量之簡化分析方法。最後，第七章提出 本研究之結論與建議。
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本研究之流程如圖 1-1 所示。
圖 1-1 研究流程圖
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