第三章 研究方法與規劃
3.2 岩床塊體抽離之模擬
3.2.1 虛擬岩石
在採用 3.1 節的方法建構完基本試體模型後，下一步為根據現地 岩石材料之巨觀力學參數，標定虛擬岩石試體對應之微觀力學參數。
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就岩石材料之模擬對象，參考大安溪軟岩河床劇烈沖刷之案例（國立 交通大學防災與水環境研究中心，2010)，以大安溪河床卓蘭層之岩 性為模擬對象。針對該劇烈沖刷河段實際軟岩岩心之室內試驗，可由 其力學參數(如表 3-1)以及應力應變曲線(如圖 3-5)以標定虛擬岩石試 體對應之微觀力學參數。羅若瑜(2011)曾運用 PFC3D，針對該劇烈沖 刷河段岩層，模擬顆粒撞擊磨蝕及剪力磨蝕之行為，其研究作業已完 成微觀數值模擬時所需之微觀參數標定。本研究引用羅若瑜標定得之 微觀參數，用於岩床塊體抽離之微觀模擬。
根據現地情況以及模擬條件的不同，本研究分別考慮兩種虛擬試 體，分別為單岩塊虛擬試體以及多岩塊岩床虛擬試體，以下進行詳細 介紹。
表 3-1 軟岩材料之力學參數行為
(國立交通大學防災與水環境研究中心, 2010)
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圖 3-5 軟岩材料之三軸試驗應力應變關係圖 (國立交通大學防災與水環境研究中心, 2010)
3.2.1.1 單岩塊虛擬試體之抽離模擬
單岩塊虛擬試體為模擬在一個富有豐富節理的地質條件下，當其 中任一岩塊周圍開口不連續面完全貫通時，受到水流的壓力差影響，
岩塊是否能夠脫離？岩塊抽離的過程又會是如何？ 然而若在類似地 質條件下，岩塊周圍的不連續面並未完全貫通（只有部分連通，中間 仍存在岩橋）時，塊體抽離的行為又會如何？受到波動壓力作用過程 是否能夠上舉力作用而逐步抬升？岩橋將有如何變化？為了模擬上 述行為，因此在模擬單塊虛擬試體抽離時本研究在節理的設置上分成 節理完全連通以及部分節理連通兩種情形分別討論。
針對單岩塊塊體抽離之模擬，本研究採用 3.1 節所建立的基本模
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型，繼而在塊體周圍設置節理面(如圖 3-6，紅色部分為節理面)，隨 後施加壓力差於正中央塊體之質心上，並記錄其各項資料，進行討論 分析。
圖 3-6 單一塊體抽離模擬試體俯視圖
3.2.1.2 多岩塊岩床虛擬試體之抽離模擬
多岩塊岩床虛擬試體之抽離模擬乃為探討在節理發達的地質條 件下，當所有的塊體都受到水流作用時，塊體被陸續抽離的過程。而 在塊體被陸續抽離的過程中，塊體之間的交互作用以及節理面上的岩 橋也扮演著不可忽略角色，因此在模擬時除了岩塊本身的特性外，節 理面上岩橋的特性也相當重要。
首先考量虛擬試體之建構，虛擬試體的建立步驟與基本模型之建 立方法雷同，步驟 1.先建立半徑為 0.0625m，顆粒數 52 28 16(行 列 高)的顆粒集合體，採最密堆積。步驟 2. 建立周圍邊界。步驟 3. 建
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構塊體數為 6 3 2(行 列 高)的試體(如圖 3-7)，步驟 4.在塊體與塊 體之間設置節理面(如圖 3-8)，步驟 5.施加壓力差於岩床表面塊體之 質心上，並觀察塊體抽離的情形。
待虛擬試體建立完成後，下一步即為施加波動壓力於塊體上，以 進行塊體抽離的模擬，波動壓力的施加方式將在下一小節中討論。
圖 3-7 多岩塊岩床虛擬試體之建立 (a)俯視圖(b)側視圖
圖 3-8 多岩塊岩床虛擬試體模型
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