塊體組成率

(5) 遍在節理模式（Ubiquitous joint model）：

此模式為異向塑性模式（Anisotropic plasticity model），具有一系列的滑動 平面（Slip plane）夾雜在 Mohr-Coulomb 實體（Solid）中。降伏可能發生 在實體部份，亦可能沿著滑動面產生。

(6) 應變軟化/硬化模式（Strain softening/hardening model）： 此模式可讓使用者模擬任何非線性材料軟化或硬化行為。

(7) 雙重降伏模式（Double-yield model）：

此塑性理論除了 Mohr-Coulomb 準則外，另提供了第二個降伏面，以考慮 輕微膠結之顆粒材料的體積壓縮不可回復性。

表 2. 1 整理七種塊體組成率模式之適用材料特性與應用範圍。彈性塊體模式 適用於滑動面主控的平面破壞，而完整岩體之破壞分析則可採用 Mohr-Coulomb 模 式，其所需之力學參數c、∅，相對於其他模式所需參數而言，為相對容易獲得之參 數，此外，在所有 UDEC 提供之塑性組成率中，Mohr-Coulomb 模式在運算上最有 效率，其他模式可能需要較長的執行時間或較大的記憶體空間。

表 2. 1 UDEC 塊體組成率整理

模式 適用材料 應用範圍

零效模式（null） 沒有材料存在時 模擬孔穴、掘洞、開挖，

開挖後可重新回填。

彈性均向模式（elastic isotropic）

均質均向連續體；線性

（ubiquitous joint model）

具高度異相性之材料 層理密集之材料，如板 岩邊坡問題。

應變軟化/硬化模式

（strain softening/hardening

model）

具有非線性應變硬化若

軟化行為之材料 研究破壞後之塑性行為

雙重降伏模式（double-yield model）

因壓力造成永久體積縮

(1) 點接觸庫倫破壞準則（Coulomb slip for point contact）：

(3) 面接觸之具殘餘強度之庫倫破壞準則（Coulomb slip with residual strength for area contact）：

此模式中，當節理面達到剪力破壞時，將失去凝聚力及張力強度。

(4) 連續降伏模式（Continuously yielding model）：

此模式可用於模擬節理面達到尖峰剪力強度後之連續軟化行為。

(5) Barton-Bandis 節理模式：

此模式非 UDEC 之基本配備，需另外添購。其為非線性之節理行為模式，

由 Nick Barton 與 Stavros Bandis 所提出，該模式中能應用指數性質（index property）。

塊鬆散組成之岩體 如落石問題。 Barton-Bandis 節理模式 可由 Barton-Bandis 指數

定義之節理面

水在節理面中的流動分 析

2.4.6 UDEC 中的水力耦合

在野外調查時所見之岩體節理內寬為力學內寬（Mechanical aperture），必須透 過水力試驗或公式轉換（Barton，1985），方可求得該岩體節理之水力內寬（Hydraulic aperture），UDEC 中滲流水壓計算模型為平行板模型（圖 2. 14），即是假設兩塊體

圖 2. 14 平行板模型示意圖  

  圖 2. 15 節理之初始內寬、殘餘內寬與最大內寬與節理正向應力之關係

∆ …………（式 2.4-1）

…………（式 2.4-2）

2.4.7 UDEC 中的水力邊界

UDEC 中的水力邊界的設置方式為在數值模型中選定邊界範圍後，再給定定 水頭分布，定水頭分布之計算方式如（式 2.4-3）所示，以數值模型中座標點原點 為起始點，設定水力梯度後，即可決定定水頭的分布大小與形式，如三角形分布或 梯形分布，如水力邊界設置與計算方法如圖 2. 16所示。

圖 2. 16 UDEC 數值模擬水力邊界設置及計算方法示意圖  

∆

…………（式 2.4-3）

2.5 離散元素法應用於山崩案例之模擬

由於 UDEC 能允許塊體沿節理面大位移滑動，且有在節理面中能進行水力耦 合運算，因此國內外皆有將 UDEC 應用於山崩模擬的研究。如 Bhasin et al. （2004）

以 UDEC 模擬挪威西南方 Romsdal 地區受地震影響之崩塌，藉由設置節理面組成 率為 Barton-Bandis 節理模式，探討不同節理面殘餘摩擦角受地震力影響後，塊體

的變形與運動學行為，其中並沒有討論岩石邊坡中地下水之影響。Kainthola ea al.

（2012）在西印度 Deccan 地區山崩案例中，用 UDEC 探討地下水對順向節理岩石 邊坡穩定性之影響，並比較有地下水情況與無地下水情況下，邊坡之塊體最大位移 量與安全係數變化，但其中假設高角度節理貫穿岩石邊坡，並無交錯現象，故邊坡 破壞形式並非順向坡之跳階破壞模式，也沒有討論節理邊坡中地下水水壓分布對 滑動塊體之影響。Lin et al.（2012）以 UDEC 模擬重要能源管線旁之風化岩層崩塌，

討論其崩塌後之運移距離與對能源管線之影響，其中沒有討論促崩因子，僅探討風 化岩層崩塌之運移過程。Lorig et al. （2009）模擬 Revelstoke Dam 庫容區受風化岩 層崩塌之影響，先利用 UDEC 模擬風化岩層崩塌，以理解崩塌量體，隨後透過物

Haung et al. （2015）利用 PFC 討論順向坡中滑動面不連續分布下，跳階破壞過程 中張力裂縫與剪力裂縫發展過程和穩定性分析，穩定性分析中包含計算滑動面之 安全係數，但其中並沒有探討邊坡促崩因子，只關注邊坡破壞過程。

第三章 研究方法 

3.1 陽明大學現地調查方法

為了解陽明大學校區之地質環境背景與此次崩塌的關係，將透過現地調查方 式以理解該地點之地質背景，並根據調查資料，提出地質概念模型。本研究之現地 調查方法除了傳統的野外地質調查外，也於災後兩日內應用 UAV（Unmanned aerial vehicle）空拍災後影像以找出崩塌邊界；應用現地鑽探之岩心資料與關鍵剖面之災 前災後 DEM（Digital elevation model）繪製關鍵地質剖面圖和災前災後地形圖，以 了解崩塌類型與可能滑動面；應用地層延伸計算與日治時代地形圖疊圖方式以了 解可能之促崩因子；收集陽明大學校區過往工程之鑽探岩心資料，找出岩心中可能 滑動面後，應用 GIS（Geographic Information System）迴歸分析找出可能滑動面在 陽明大學校園中出露位置，以便未來陽明大學校區順向坡安全評估時使用。

   

3.2 物理模型設計

所量測之水壓較小，因此數值模擬中，將以水壓計量測之水壓為上限，適當折減數 值模擬中，水力邊界條件之水壓大小。

表 3. 1 加壓泵浦輸出水壓增加量

段數

輸出水壓增加量

( )

1 0.08 2 0.16 3 0.24 4 0.32 5 0.40

圖 3. 1 滲流傾斜儀（黃紹宬，2015）

圖 3. 2 滲流傾斜儀尺寸詳圖（黃紹宬，2015）

 

  圖 3. 3 加壓泵浦照片

  圖 3. 4 加壓泵浦電子控制儀表

 

  圖 3. 5 水壓計照片

 

3.2.2 物理模型材料

為了模擬節理岩體，本研究利用試體堆疊以模擬具平滑節理特性之岩石邊坡，

物理模型中所採用試體為石膏、砂和水混合製成，砂為越南石英砂，其物理性質如

性質 石英矽砂 比重 2.65 平均粒徑 （mm） 0.193 有效粒徑 （mm） 0.147 內摩擦角∅（ 40%） 35^°

最大乾密度（g/ ） 1.66 最小乾密度（g/ ） 1.38

統一土壤分類 SP

表 3. 3 模擬材料之物理性質

性質 石膏加砂

單位重（g/ ） 1.4 基本摩擦角∅ 25^° 單壓強度（MPa） 3.85 彈性模數（MPa） 920.77

 

 

圖 3. 6 石膏試體灌製模具照片

 

圖 3. 7 石膏試體灌製流程圖

3.2.3 攝影設備與物理模型分析方法

為測量試體滑動時候，行程可滑動塊體的範圍與滑動距離，將在試體側邊貼上 尺標（圖 3. 8），並在滲流傾斜儀側面架設 Nikon D750 數位單眼相機，以拍照方式 記錄實驗過程與成果，拍攝施加水壓前試體尚未滑動與施加水壓後試體滑動之照 片，如此能確認可滑動試體與試體滑動量。

儘管以滑動前後照片比對的方法，無法得知可滑動塊體的滑動順序，只能得知 可滑動塊體形成範圍與塊體滑動量，但本研究重點將放在向上滲流水對可滑動塊 體形成與塊體穩定的影響，塊體滑動順序在本研究中將不會深入探討，故物理模型 進行過程與成果僅以照片記錄之。

圖 3. 8 石膏試體與游標尺  

3.2.4 物理模型方法與步驟

物理模型中將會觀察並照相記錄向上滲流水對試體滑動破壞的影響，了解控

制滑動破壞與破壞型態之因子。物理模型中將固定傾斜儀角度，並調整塊體擺放位

直至試體發生滑動。

物理模型試驗完成後，將會透過物理模型初始狀態與最終狀態之照片，判斷可 滑動塊體形成之範圍，並透過試體側邊的尺標，測量試體滑動距離。以上實驗結果 有助於了解物理模型在特定水力邊界（出水口水壓）情況下，試體滑動破壞的形式，

而可滑動塊體形成之範圍，將會作為物理模型之數值模擬的校核依據。

圖 3. 9 物理模型實驗步驟

 

3.3 物理模型在離散元素法軟體（UDEC）中的設置

2. 試體塊體：數值模擬中，塊體幾何外觀與物理模型中相同，並在塊體中設 置數道節理，切割出七塊小塊體，以模擬物理模型中七塊試體堆疊情況。

在數值模擬中，每塊小塊體長度為 20 公分，厚度為 3 公分，節理設置位 置由實驗條件決定，節理切割出的七塊小塊體相對位置，需符合物理模型 中試體擺放位置。

3. 傾斜儀塊體水力邊界條件：數值模擬中，傾斜儀塊體中的高角度節理代表 出水口，故需要在傾斜儀塊體下邊界上設置水力邊界，如此水流方得以沿 高角度節理向上滲流。水力邊界條件設置方式為在高角度節理與傾斜儀 塊體下邊界交會處附近圈選固定幾何邊界範圍，並在該範圍內設置定水 壓水力邊界，其定水壓數值，為簡化至二維情況後的物理模型中出水口水 壓數值。

圖 3. 10 物理模型之 UDEC 模型建置  

3.3.2 物理模型之數值模擬參數決定

UDEC 數值模擬中所使用參數均為巨觀參數，表示可以直接利用物理模型中 的力學參數，無須特別轉換。數值模擬中的觀察重點為石膏試體滑動現象，且假設 試體間與試體和壓克力板間的接觸界面均為平滑節理情況，故最重要之參數為試

體與試體間或試體與壓克力板間的摩擦角度，其次為石膏試體與壓克力板的材料

圖 3. 11 物理模型實驗成果示意圖  

圖 3. 12 物理模型之數值模擬成果示意圖

   

3.4 現地案例模擬

本研究中將模擬陽明大學研究大樓與實驗動物中心前方邊坡崩塌過程，利用 災害發生前之數值高程模型 DEM（Digital Elevation Model）建立數值模型何邊界，

並參考鑽探資料中的地層分布與岩石試驗參數，於數值模型中設置塊體材料性質，

岩石弱面直接剪力試驗成果，其中節理內寬設置將參考物理模型之數值模擬中的 節理內寬參數 0.05 公分（5.0 10 公尺），並以此為基準做適當的調整。

透過現地調查，可以得知現地岩石邊坡中遍布高角度節理，但由於 UDEC 為 二維數值模擬軟體，在分析順向坡問題上，其中設置的節理均為走向節理，且在 UDEC 數值模型的設定中，塊體無法透水，只有節理才能透水，故將會在數值模

透過現地調查，可以得知現地岩石邊坡中遍布高角度節理，但由於 UDEC 為 二維數值模擬軟體，在分析順向坡問題上，其中設置的節理均為走向節理，且在 UDEC 數值模型的設定中，塊體無法透水，只有節理才能透水，故將會在數值模

在文檔中 向上滲流水對順向節理岩體邊坡可滑動體形成之影響 (頁 32-0)