4.2 虛擬試體之建立
4.2.4 試體產生方式
併構崩積土的產生方式係模擬現場鑽孔取樣的方式，依預定要模擬的試體內 部岩塊以隨機排列方式置入一模擬的地層之岩塊體，得到一併構崩積土的地層(如 圖 4- 3 所示)，再將所要取樣的試體尺寸以 20×20×40，擷取所需的區域(如
圖 4- 4)，其他在試體外之材料則去除，僅留下所要取樣之範圍內的岩塊及 基質，完成試體取樣的步驟，如此所得到的虛擬試體排列狀況較接近天然狀況。
圖 4- 3 模擬併構崩積土岩塊體
圖 4- 4 模擬鑽孔所得到之試體 4.2.5 模擬三軸加載方式模擬三軸加載方式模擬三軸加載方式模擬三軸加載方式
加載之模擬方式係採應變控制，當不平衡力每階段達 10-2kPa 以下時再繼續加 載下一階之位移控制，隨著控制之位移逐漸提高，所產生的不平衡力最後皆需接 近收斂值，應變速率的控制是關鍵因素，必需控制在可接受的時間內達到所要求 的應變量，又須使不平衡力能收斂在可接受的範圍內。經測試應變速率控制在 10-7/秒。加載方向與實際三軸試驗相似，但因破壞形式皆偏向靠近於頂端，為了 能使破壞情形居於中央，使受力更為平衡，故取雙向加載方式，即在試體的最頂 及底面均控制 10-7/秒的應變速率。
10CM
5CM
4.3 介面性質之考量 介面性質之考量 介面性質之考量 介面性質之考量
謝孟修(2007)模擬 Lindquist(1994)之人造併構岩試體，比較是否加入岩塊 與基質介面對模擬結果之差異，探討加入介面元素之必要性；結果發現若未加入 介 面 元 素 ， 岩 塊 體 積 比 對 併 構 岩 試 體 強 度 參 數 c 、 ψ 值 的 影 響 趨 勢 與 Lindquist(1994)人造併構岩三軸試驗所得之結果趨勢不盡相同，主要在於岩塊體 積比與 c 值間之關係有所差異，Lindquist(1994)所得之實驗結果顯示 c 值隨著岩 塊比的增加而向下遞減，而模擬試驗中若未加入介面材料則呈現之趨勢隨著岩塊 比增加而向上提升；而ψ角的趨勢雖然隨岩塊比增加而遞減，但遞減的斜率也不 盡相同。但在加入介面材料後，模擬之結果強度參數 c、ψ值的影響趨勢與 Lindquist(1994) 人造併構岩三軸試驗結果相近，故證實加入介面材料有其必要 性。
但因 Lindquist 人造併構岩試體之岩塊與基質之材料參數非常相近(如表 4- 3 所示)，所以若未加入介面材料，會使強度較高，若加入介面材料，令岩塊與基 質間夾一弱面，則破壞時破裂面沿著其弱面破壞。 然卻與本試驗所模擬之梨山併 構崩積土之型式有所差異，本試驗所模擬之岩塊與基質之材料參數差異甚大(如表 4- 4 所示)。
表 4- 3 模擬 Lindquist（1994）人造併構岩之材料參數
材料參數
岩塊 (block)
基質 (matrix)
介質
（interface）
凝聚力 c ( kPa ) 3070 2280 2.28 (matrix)
介質
（interface）
凝聚力 c ( kPa ) 300 20 0.02
圖 4- 5 無介面材料時岩塊體積比對併構岩試體ψ值之影響趨勢
圖 4- 6 無介面材料時岩塊體積比對併構岩試體 c 值之影響趨勢
圖 4- 7 有介面材料時岩塊體積比對併構岩試體ψ值之影響趨勢
圖 4- 8 有介面材料時岩塊體積比對併構岩試體 c 值之影響趨勢
4.4 虛擬三軸試驗 虛擬三軸試驗 虛擬三軸試驗 虛擬三軸試驗
虛擬三軸試驗目的是為了克服現場取樣困難取得相同的試體不易，及製作室 內試驗時所花費的時間長，所以希望能藉由數值模擬的方式來模擬室內實驗之結 果，但常用之模擬皆以二維方式模擬之，有時令人存疑著以二維模擬之結果是否 足以代表實際之實驗結果，所以本研究嘗試以三維的模式模擬現地取樣之試體，
進行虛擬三軸試驗，再與二維情形比較，探討其相對關係及差異性。模擬的材料 參數於基質部分(沈泥質黏土)可由過去相關試驗所提供之參數估計之，板岩塊視 為弱風化板岩亦有相關參數可參考，劉勝華（2007）亦有針對此部分的基質及板 岩做室內試驗，其所得參數亦可提供參考。併構崩積土模擬時考慮的因素較多，
可分別考慮岩塊方向對強度與模數的影響，以及岩塊體積比對強度與模數的影 響，除了討論其岩塊體積比及方向性再討論三維與二維虛擬力學試驗所獲材料強 度之差異性。
4.5 虛擬力學試驗規劃 虛擬力學試驗規劃 虛擬力學試驗規劃 虛擬力學試驗規劃
400kPa、800kPa模擬。
就所有剖面進行統計，依高
岩塊傾角0°、30°、45°、60°、90°
對三圍模擬試體截切不同剖面，模擬 各種露頭面（例：X-Y切面，Z-Y切面
與每15度角之切面。
4.5.2 虛擬三軸試驗規劃虛擬三軸試驗規劃虛擬三軸試驗規劃虛擬三軸試驗規劃
探討併構崩積土岩塊體積比之差異性，為免變數太多怕影響其差異性，故固 定其他影響因子以探討之，將所有因子(如:試體岩塊之方向性皆固定為同一傾 角，而岩塊形狀皆固定為四邊形)。尺寸及位置隨機產生，分成四種岩塊體積比討 論之，分別是 30%、45%、55%、70%，產生的虛擬試體(如圖 4- 10 所示)。
圖 4- 10 岩塊具方向性不同岩塊體積比試體
由於岩塊具方向性之併構崩積土的形成機制係由完整板岩沿其劈理風化，故 未嚴重風化的岩塊保有原板岩劈理之位態，當完整板岩含有節理時節理的方向性 對整體強度即有明顯異向性，故併構崩積土內岩塊具有特定方向性勢必也對其強 度及整體材料參數有影響，有必要針對岩塊具方向性的併構崩積土試體討論其影 響。以部分虛擬試體內岩塊傾角分別控制在 0∘、30°、45∘、60°、90∘五種情
形，試體岩塊體積比皆固定，內部岩塊尺寸、位置仍隨機產生，產生的試體(如圖 4- 11 所示)。
圖 4- 11 岩塊具不同方向性試體
4.5.3 虛擬試體規劃虛擬試體規劃虛擬試體規劃虛擬試體規劃
由於三維虛擬試體進行三軸虛擬力學實驗，完成一組實驗模擬所花費之時間 需達兩天，故無法進行太多三維虛擬力學實驗，為補充模擬三軸試驗不足之資料 點，乃增加虛擬試體，僅討論三維岩塊體積比與二維岩塊體積比之差異，但不執 行虛擬力學實驗。討論岩塊體積比而言以岩塊體積比為 45%與 70%為主，再增加產 生兩組岩塊體積比分別為 30%與 55%之虛擬試體(如表 4- 5 所示)。將岩塊體積比 45%及 70%每一產生出之三維試體分別對 X-Y、Z-Y 及對 X 軸每隔 15∘剖切，剖面 目的在探討特定三維岩塊體積比之併構崩積土若有不同方位之二維露頭，可能估 計統計之岩塊體積比分佈範圍與其所對應估計之材料參數變化範圍，其剖切面(如
圖 4- 12、圖 4- 13、圖 4- 14、圖 4- 15 所示)。，統計所切剖面之岩塊體積 比三維與二維間之關係，在相同邊界條件下將二維剖面與三維模擬給予圍壓 200kPa 進行加壓模擬，將所得之結果探討其強度差異；再將不同岩塊體積比 (30%、45%、55%及 70%)之剖切面分成高中低三種情形，以三軸模擬形式在不同圍 壓下求得材料強度因子進而探討之間的相對關係。
圖 4- 12 岩塊體積比 30%三維虛擬試體於不同方位之剖面
圖 4- 13 岩塊體積比 45%三維虛擬試體於不同方位之剖面
圖 4- 14 岩塊體積比 55%三維虛擬試體於不同方位之剖面
圖 4- 15 岩塊體積比 70%三維虛擬試體於不同方位之剖面
探討其岩塊方向性之差異將虛擬試體岩塊傾角分別控制在 0∘、30°、45∘、
60°、90∘將岩塊體積比固定為 45% (如表 4- 5 所示) 比較相對之差異性。將傾 角介於 0∘、45∘、90∘時對每一產生出之三維試體分別對 X-Y、Z-Y 及對 X 軸每 隔 15∘剖切，剖面目的在探討特定三維岩塊體積比之併構崩積土若有不同方位之 二維露頭，可能估計統計之岩塊方向性分佈範圍與其所對應估計之材料參數變化 範圍，統計所切剖面之傾角於三維與二維間之關係，再將剖切之岩塊體積比分成 高、中、低三種情形，以三軸模擬形式求得材料強度因子進而探討之間的相對關 係。
表 4- 5 虛擬試驗規劃表
30%
45%
55%
70%
60° 90°
岩塊比 傾角
0° 30° 45°
輔助虛擬三軸力學試驗不足之資料點
完整一組虛擬三軸力學試驗（圍壓：200kPa、400kPa、800kPa）
4.6 材料參數對併構崩積土之 材料參數對併構崩積土之影響 材料參數對併構崩積土之 材料參數對併構崩積土之 影響 影響 影響
併構崩積土為基質與岩塊組成的複合材料，影響此類複合材料之力學行為的 因素頗為複雜，為簡化考量，僅就可能影響虛擬力學試驗之強度參數如 c、ψ等 變化範圍加以探討。基質強度參數受基質之土壤分類、飽和杜、與排水條件等所 影響，岩塊之強度參數則受母岩之岩性與岩石風化程度所影響。藉由虛擬力學試 驗之方法，改變組成併構崩積土基質與岩塊強度參數，再檢視其虛擬力學試驗結 果之差異，得以探討基質與岩塊力學參數對併構崩積土力學參數之影響。
第五 第五 第五
第五章 章 章 章 虛擬三軸試驗 虛擬三軸試驗 虛擬三軸試驗結果 虛擬三軸試驗 結果 結果 結果
5.1 介面性質之影響結果 介面性質之影響結果 介面性質之影響結果 介面性質之影響結果
本章所模擬之虛擬試體是沿用謝孟修(2007)模擬 Lindquist(1994) 所建構 之人造併構岩試體，虛擬試體中岩塊控制於某預設方向。本研究以模擬梨山地滑 (matrix)
介質
（interface）
凝聚力 c ( kPa ) 300 20 0.02
5.1.1 驗證虛擬試體介面性質之影響結果驗證虛擬試體介面性質之影響結果驗證虛擬試體介面性質之影響結果驗證虛擬試體介面性質之影響結果
圖 5- 2、圖 5- 3、圖 5- 4 乃虛擬力學試驗所得結果之整理，比較分別在 有、無加入介面材料情況下，岩塊體積比對併構崩積土試體極限軸差應力與 c、
ψ值的影響趨勢。是否加入介面材料對結果之影響頗為有限。為簡化網格佈置，
若忽略介面材料，對虛擬力學試驗結果之影響應相當有限。
由該等虛擬試驗結果之比較，可發現本節所模擬材料之岩塊體積比對併構崩 積土試體極限軸差應力及 c、ψ的影響趨勢結果相近，極限軸差應力隨著岩塊比 及圍壓的增加而上上攀升，c 值及ψ角皆隨著岩塊體積比的增加而增加，且斜率 也近乎相同，差異性很小。可佐證本研究之虛擬試體材料參數差距較大破壞時皆 為基質所控制，而非像 Lindquist(1994)人造併構岩試體之岩塊與基質之材料參 數非常相近，而破裂面沿著其弱面破壞。
圖 5- 1 模擬併構崩積土之虛擬試體範例
0
Rock block proportion
Ultimate Deviatoric Stress
200kPa with interface 400kPa with interface 800kPa with interface 200kPa w/o interface 400kPa w/o interface 800kPa w/o interface
圖 5- 2 有無介面材料下極限軸差應力影響趨勢比較
圖 5- 2 有無介面材料下極限軸差應力影響趨勢比較