一、关键挑战challenge - 中兴顾问社-大地工程研究.doc

核心技術名稱：等效孔隙介質模式分析 核心技術代號：GS0102 一、關鍵挑戰Challenge 台灣位處歐亞板塊與菲律賓海板塊交界區域，板塊的相對運動與擠壓形成陡峻的山脈。有鑑於山岳地區之地質條件因活躍的造山運動造成岩層破碎程度較高、節理弱面發達。而水文條件又因雨量充沛，故地表水易沿地質弱面滲入岩層，以致岩盤內蓄積大量地下水，地下水位亦較高。因此，過去於山岳地區所進行之工程，屢次均遭遇惡劣之水文地質情形造成工程之阻礙而影響工期，嚴重者甚至造成全面停工或改變原規劃設計之方案。 裂隙岩體水文地質特性包含地質構造、大地應力、與地下水流動特性等，欲解決裂隙岩體水文地質之問題，需將上述水文地質特性一併考量方可建立完整與正確之水文地質概念模型及後續之分析模式。惟裂隙岩體中的地下水流動是非常複雜的過程，必須以裂隙岩體空間分佈的異質性變化為基礎進行描述。但又由於現地地質之複雜性，裂隙岩體之破裂面幾何參數常無法有效的定量化，故採用離散模式進行裂隙岩體模型建立時，將因破裂面資料缺乏而無法適用，且進行離散模式模擬時常須大量且複雜之運算，故工程實務推廣不易。 等效孔隙介質(equivalent porous medium, EPM)係以均一參數值代表整個裂隙岩體，將特定水文地質單元視為等效孔隙介質。當研究區域涵蓋範圍遠大於裂隙岩體之代表性單元體積REV時，透過流量等效原則可將裂隙岩體合理的簡化為等效孔隙介質(Equivalent Porous Media, EPM)，並可透過等效孔隙介質模式求解孔隙連續體中地下水之流動情形。EPM模式與離散破裂面模式(DFN)相比，較為簡單、應用簡易且不需複雜計算，較適用於破裂面非常多之裂隙岩體，但卻無法顯示出岩體內破裂面所造成之異質特性。 二、流程Process 等效孔隙介質模式分析原理係根據連續方程式與達西定律推導而來，藉以求得任意時間下多孔介質體內地下水水頭之三維分布為： 式中，、、分別為多孔介質體於、、方向之滲透係數；為貯水率；為水頭；為淨補注量；為時間。 三、成果Result 重要計畫成果內容與工程應用價值 台灣多山且岩盤不連續面發達，進行評估時需視岩盤破碎程度及研究尺度之不同，而選取相對應的水文地質分析模式，包括：等效孔隙介質模式、雙孔隙模式、離散破裂面模式及混合型模式等 (詳圖1)。本研究著重在等效孔隙介質模式之工程應用，包括：隧道湧水評估、大壩三維滲流評估、深開挖抽水沉陷評估等案例，詳圖2至圖5所示。 圖1 等效孔隙介質模式示意圖 圖2 等效孔隙介質模式於隧道工程之應用 圖3 等效孔隙介質模式於大壩工程之應用 圖4 等效孔隙介質模式於深開挖抽水工程之應用 圖5 等效孔隙介質模式於坡地工程及防災預警之應用 四、與其他核心技術關連性 「等效孔隙介質模式分析」與其他核心技術相關性如下： 1. GS0101－離散破裂面網絡模式分析 2. GS0103－水文地質特性調查評估 3. GS0201－坡地災害潛勢分析與監測預警評估 4. GS0202－隧道湧水及地下水文環境影響評估 5. GS0203－蓄水構造物三維水文地質安全評估 6. GS0204－區域抽水引致地層下陷評估 7. GS0301－核電廠地下水流況及核種傳輸分析 8. GS0302－岩盤工程熱力-水力-力學耦合分析 9. GS0402－孔隙介質多相流傳輸及地化反應研究 10.GS0403－二氧化碳地質封存移棲模擬分析 五、重要發表文獻 陳建新、譚志豪、冀樹勇、蘇泰維 (2011)，「廣域降雨促崩模式之建置及應用-以高屏溪流域為例」，中華水土保持學報，第42卷，第1期，第1-11頁。 鍾明劍、譚志豪、王金山、冀樹勇、蘇泰維 (2010)，「莫拉克颱風引致吉露部落崩塌之案例研究」，中華水土保持學報，第41卷，第4期，第333-342頁。 譚志豪、陳嬑璇、冀樹勇 (2009)，「以定率法評估集水區山崩臨界雨量」，中興工程季刊，第105期，第5-16頁。 邱琳濱、譚志豪、雷世璋、吳富洵、俞旗文 (2010)，「山岳隧道湧水評估及施工回饋分析」，隧道建設，第30卷，增刊1，第29-34頁。 譚志豪、顧承宇、侯秉承、李民政、吳富洵 (2008)，「曾文越引隧道工程水文地質之調查評估」，中興工程季刊，第99期，第27-35頁。 楊豐榮、顧承宇、譚志豪、許世孟、鍾明劍 (2007)，「曾文越引隧道工程水文地質之調查與分析評估」，地工技術，第112期，第69-80頁。 譚志豪、冀樹勇、顧承宇、林坤霖 (2006) 台北盆地區域性三維地下水流動數值模擬，中興工程季刊，第93期，第1-9頁。