本研究採用 PFC3D數值分析程式為工具，針對軟弱岩層試體進行模擬 分析以進行模擬沖蝕試驗，PFC3D屬於離散元素法 (Discrete Element Method, DEM)之範疇的個別元素法(Distinct Element Method)。離散元素法最早由 Cundall(1971)提出，初期之運用目的主要用以模擬塊狀岩石邊坡破壞問題，
隨著理論發展趨於成熟，利用 DEM 理論所模擬之行為及類別逐漸發展更多，
而以 DEM 理論為基礎之程式亦發展漸多，如 PFC2D、PFC3D、UDEC 及 EDEM 等相關程式，本研究所使用之 PFC3D程式主要以圓形或圓球顆粒的 堆疊與組合建立所需要之數值模擬，而其破壞型式主要以顆粒間之鍵結破 壞做代表，而其破壞面可隨鍵結破壞自由發展與延伸。以下三小節就 DEM
24 之產生及延伸。離散元素法（Discrete Element Method, DEM）之沿革，最 初為 Cundall(1971)所提出，主要為模擬分析顆粒材料於大地力學之相關課 題，Cundall & Strack(1979) 應用 DEM 模擬砂性土壤行為之分析，Hart et al.
(1988)應用運動定律(牛頓第二運動定律)及力與位移法之完整說明分離元素 法理論；針對離散元素法在離散物體允許有限之位移及轉動下，可自動判 別新接觸區域並進行計算， Itasca 公司(1999)以 DEM 為基礎理論發展出商 業軟體 PFC （Particle Flow Code），近年已受土木及機械工業之運用。
2.6.2 DEM 微觀模擬之軟體工具
目前以 Discrete Element Method(DEM)離散元素法理論為基礎架構之軟 體工具，現今以 Cundall(Itasca 公司)陸續發展出之 UDEC 二維(1980)、
3DEC(1983)、PFC2D(1994)、PFC3D(1995)以上四種軟體工具為主，而這四種 軟體皆屬非連續體分析模式，UDEC 及 3DEC 為多邊形塊體組合數值模型 之方式，其破壞會發生於預設之破壞面；PFC2D 及 PFC3D則為圓盤或圓球 顆粒堆疊組合之數值模型，其破壞面可自由發展及延伸。
除了 Cundall(Itasca)所發展出之一系列以 DEM 原理發展之相關軟體工 具外，以 DEM 為理論基礎之軟體工具還有 Hustrulid Technologies 公司的
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Chute Maven MATERIAL FLOW MODELING 、 DEM Solutions 公 司 的 EDEM 等軟體工具等。
2.6.3 DEM 微觀模擬岩石之應用實例與潛在應用可能
以 PFC 微觀模擬岩石行為之文獻相當多。譬如 Kulatilake et al.(2001)以 PFC3D程式研究含節理岩塊之模型材料，當承受單軸載重時之實驗室試驗與 數值模擬，其含節裡岩塊的節理幾何參數對單軸壓縮強度之影響，其模擬 結果與室內試驗結果之參數標定，此篇文獻之應用相關性可由結果得知 PFC3D可用以模擬含節裡岩塊之強度行為。又如 Potyondy & Cundall(2004) 利用 PFC2D 及 PFC3D程式針對排列緊密粒徑分佈不均勻大小的圓盤型或圓 驗及現地邊坡內之巨觀性質，Deluzarche et al(2003)利用 PFC 微觀模擬岩石
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邊坡靜態及動態穩定分析，張家偉(2007)利用 PFC 微觀模擬紅菜坪地區於 921 地震時之地滑演化。應用於機械方面之研究，如 Tijskens et al. (2003)利 用 PFC 微觀模擬農業機械對於其輸送帶輸送農產品的行為，Ferellec et al.
(2005)使用 PFC 微觀模擬散狀顆粒流於高爐進料系統中之行為，Saeki(2005) 使用 PFC 微觀模擬震動碰撞系統中阻尼器之動態分析。以 PFC 微觀模擬從