第一章 緒論
1.1 研究動機
近年來國內不少河川因流況的改變及不穩定，特別於豐水期時，
跨河構造構造物之下游經常發生河床、河岸大幅沖蝕，不但危及河床、
河岸本身之穩定，甚而威脅構造物安全或危及公共用水。然而以往土 木工程對於沖蝕的關心問題多只侷限於沖積層之橋樑橋墩沖蝕或跨 河構造物之穩定性，卻往往忽略了岩床(rock-bed）、岩岸（rock-bank）
也可能受到相當程度沖蝕之機會。
台灣豐水期與枯水期之水量變化非常之大，因溪水暴漲流速暴 增造成岩床沖蝕，不但造成河道的不穩定，也往往造成河床上之跨河 結構物破壞，岩石河床沖蝕的問題對於台灣來說是個不可忽視的問題。
當岩床或岩岸屬於地質年代較為年輕之岩層(如台灣西部麓山帶之許 多河川中游河床，常為上新世晚期至更新世之卓蘭層或更新世之頭嵙 山層)或弱面較為發達之破碎岩體時，岩石河床沖蝕尤其更為嚴重。
現更絕大部分既更之岩床下切或沖蝕速率模式多屬於定性模式，
將岩床下切率以簡化的方式表示成流功或平均河床面剪應力之比例 關係。此類合理化公式主要屬於在大範圍之定性歸納地形之演變，然 而岩床沖蝕機制各不相同，下切或磨損之模式也應隨之不同，所以此
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類合理化公式不可適用於所更地區，對於小範圍岩石河床沖蝕之預測 極更可能無法適用。國內對於岩床的沖蝕行為的相關研究更為更限，
在河道沖蝕行為的研究上，僅侷限於沖積土壤之河床沖蝕。以往針對 岩床下切或沖蝕之研究乃多侷限於流域尺度，地質學學者關心的問題 多集中於大範圍之沖蝕趨勢對地形地貌發育之因果關係，幾乎都未曾 由力學觀點研究岩床沖蝕行為的微觀特性，進而定量探討其重要之影 響因子。
欲由力學觀點研究岩床沖蝕行為，理應盡可能透過材料沖蝕詴 驗來獲得豐富之詴驗數據，然而一方面由於室內材料沖蝕詴驗中深受 詴驗儀器的詴驗能力所限制，另一方面想要取得大批完全一致、無擾 動的岩床詴體以供材料沖蝕詴驗之用也往往難如願，因此欲藉由一系 列之岩床材料沖蝕詴驗來探討岩床沖蝕之力學行為其實並非很容易，
資料仍相當更限。本研究因而透過微觀數值模擬，期望以個別元素法 做微觀模擬發展出適當的模型，將微觀數值模擬視為虛擬材料沖蝕詴 驗，探討影響軟岩沖蝕之重要因子，並期利用此模型探討不同岩性之 沖蝕行為。
1.2 研究目的
河川於岩床河道之下切沖蝕可歸諸於不同之形成機制，機制可
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能更多種型態，本研究將針對磨蝕以及顆粒彈跳撞擊兩種沖蝕機制探 討。本研究運用個別元素法之程式 PFC3D為工具，以虛擬軟岩詴體進 行沖蝕機制數值模擬，期望針對磨蝕及顆粒撞擊兩種沖蝕機制，建構 數值之微觀模擬模型，並由分析結果了解影響沖蝕機制與行為之重要 因子，以及沖蝕過程中之動能變化與破壞狀況，作為未來建立巨觀力 學模型組合律之資料庫。
1.3 研究架構
本文共分六章探討軟岩沖刷機制及模擬沖刷機制方法，研究架 構如圖 1.1 所示。除本章為緒論以外，其餘諸章將簡述如下。
(1) 第二章：主要針對各種沖蝕機制加以作介紹並整理前人相關研 究之理論，並介紹 PFC3D 之基礎理論及其運算方式。
(2) 第三章：為研究方法之介紹。主要介紹數值模擬之模型建立方 法以及磨蝕沖蝕及顆粒彈跳撞擊沖蝕機制之模擬方法。
(3) 第四章：針對沖蝕所使用的岩體建立機制作加以介紹，詳述與 探討更關詴體參數率定的過程。
(4) 第五章：分別陳述及討論磨蝕沖蝕及顆粒彈跳撞擊沖蝕機制的 模擬詴驗結果。
(5) 第六章：提出本研究的結論及建議。
4 文獻回顧
蒐集沖蝕相關文獻
軟岩材料參數訂定
了解前人相關參數律定及結果 並應用修改至符合現地岩性
針對軟岩做為觀之數值模擬
採數值模擬微觀之三軸試驗再轉換為 巨觀參數與真實試驗試驗結果比對
數值模型建立
根據適當的參數建立與現地相符之 微觀數值模擬試體
磨蝕沖蝕機制模型建立 岩床試體模型建立 顆粒撞擊沖蝕機制模型建立
模擬結果分析
是否合理
否
結果與探討
分析結果其動能變化、破壞程度 及影響因子探討
是 研究開始
圖 1.1 研究流程圖
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