4.2 虛擬試體之建立
4.2.2 邊界條件設定
為符合實際室內三軸試驗的情況，故模擬的併構崩積土試體在邊界條件上的 設定也必須盡可能與實驗的情況相符合。將試體左右兩面設為自由面，僅在進行 三軸試驗時施予圍壓，而上下兩端則是束制 x 及 z 方向，由於三軸試驗頂座及底 座與試體間的接觸為摩擦性質，故對 x 方向將給予束制，加載時由頂座向下加壓。
為模擬應變控制，故對上端 z 方向給予束制，以確保頂面同時變形，下端接觸底 座，z 方向無法移動故亦需給予 z 方向束制。如圖 4- 2 垂直向為左右兩面均無束
制情形，水平方向為上下兩端束制 x z 的情形。
圖 4- 2 模擬試體邊界條件
4.2.3 試體岩塊試體岩塊試體岩塊試體岩塊形狀大小形狀大小形狀大小形狀大小之選定之選定之選定之選定
羅文驤(2007)將現地所取得之併構崩積土試體經篩分析過後所得之完整岩 塊進行統計歸納後，在淺層之灰色板岩夾黏土與較深層層灰色板岩夾黏土層之長 短軸與厚度比，從(表 4-1 與表 4-2)中可發現，深層與淺層岩塊之長短軸比大約 為 1.3 ~ 1.4。而長軸與厚度比為 2.38 與 3.06，表示梨山崩坍地的板岩塊有明顯 的長短軸差距，且深層之岩塊較淺層更為扁平，由於本次鑽探取得之併構崩積土 試體較為接近淺層岩體，所以本模擬試體之岩塊長短軸比藉由羅文驤所歸納之結
x
z
x
z y
果以長短厚比為 2:1.5:1 之四邊形岩塊進行模擬，而形狀皆以四邊形塊表示之。
表 4- 1 N1 12 ~ 16 m 岩塊長短軸與厚度比
長軸 短軸 厚度
平均值 2.38 1.70 1
標準差 0.64 0.58 0
表 4- 2 N2 48 ~ 52 m 岩塊長短軸與厚度比
長軸 短軸 厚度
平均值 3.06 2.37 1
標準差 1.05 0.80 0
由於併構崩積土岩塊幾乎都有特定的長軸，故大部分均非等向性，所以 在模擬的過程不容易界定岩塊的尺寸，故為了方便往後模擬併構崩積土內岩塊之 尺寸，與岩塊網格的建立，以謝孟修(2007)取面積比的方式來作最大與最小岩塊 的界限，由統計結果，發現併構崩積土最大岩塊所佔與整體試體的面積比例皆小 於 16％（0.16A），而最小岩塊則取小於 0.5％（0.005A）岩塊加總後整體岩塊的 比例，發現其所佔的比例大約都小於 20％，故最小岩塊試體面積則取 0.5％
（0.005A）作為一界線。所以將定義最大岩塊之面積為佔試體總面積的 16％，而 最小岩塊之界定則取試體總面積的 0.5％為代表。故在模擬三維模型試體時也以 相同情形使得最大岩塊之體積比為佔總體積之 16%表示大岩塊體積，而最小岩塊
之界定是取 0.5%之總體積表示。
4.2.4 試體產生方式試體產生方式試體產生方式試體產生方式
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
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