台灣位於歐亞板塊與菲律賓板塊交接處，地處造山運動之板塊邊緣，因此台灣之自然環境特性多為地形陡峻、地質破碎、節理發達，再加上民國88年間之921大地震後與民國99年之88水災後，使得岩坡表面之開裂節理鬆動，在颱風、地震或豪雨過後常發生落石災害。尤其是北部濱海公路、中部橫貫公路、南部橫貫公路、東部蘇花公路、與國家公園管理區等，或是規劃中之蘇花替代道路等，這些公路之路線有許多路段穿越陡峭之邊坡地形、岩質河岸或海岸等。因此在設計穿越山區之道路時，相關單位均要求進行沿線落石問題之調查與防災規劃工作，以減低落石危害。同時道路營運維護單位由於落石災害頻繁，對既有道路邊坡落石之整治工作亦愈受重視。由於台灣地區每年均發生大小不一之落石災害導致人民生命財產之損失，如何準確劃定落石災害影響範圍之地質敏感區以降低落石危害，或是解決落石問題所衍生之相關工程設計與分析技術上應有相當之必要性。

落石分布之位置廣泛且不確定，每逢地震事件或颱風豪雨季節常引致山區落石災害，尤其近年來受全球氣候變遷影響，台灣地區之極端降雨事件日益頻繁，山區落石災害所可能發生之頻率亦可能隨極端降雨而在頻率與規模上遞增，考量台灣地區落石災害發生之頻繁與防災減災之各項工程需求，本研究於落石問題建立一完整可直接應用於工程規劃設計之整合性落石分析技術，研究內容可分為三大主軸，分別為：

1. 三維落石分析技術研發

三維落石計算模式部分，將利用集塊質量法發展三維質點落石計算模式，模式中將考慮落石質點與三維地表間之拋射、彈跳、滾動與滑動等落石運動機制，另彈跳過程中之消能機制也可藉由正向與切向消能係數進行模擬，除此之外，落石運動軌跡之計算將由落石之運動方程式加以計算。由於三維落石分析技術目前國內外均無可同時考量不規則塊體形狀與複雜數值地形模型之理論方法與實務程式，為強化落石分析之力學分析部分，本研究另以DDA為基礎發展落石與防護結構之二維力學互制分析理論與程式。

2. 數值地形模型之測量與製作

實際落石情形受地表地形之影響甚大，如何準確的將地表地形條件反映在落石分析中是三維分析之關鍵問題。鑒於落石問題之尺度與精度需求不同，本研究分別採用不同來源之資料進行研究以獲取數值地形模型，資料來源分別為：(1) 衛星或航照資料獲取DTM與 (2) 利用雷射測距儀地面測量獲取DTM。衛星或航照DTM將用於廣域之大範圍落石區域之分析使用，而地面測量之DTM將用於某一特定邊坡之落石分析設計所用。

3. 落石與防護結構之二維力學互制分析程式研發

三維落石分析較為費時且受限於DTM資料之精度，因此適合於較大區域之分析。然而在落石問題較為嚴重之邊坡或是重點區域，於工程設計時常需設置落石防護結構，此時需進行特定斷面之落石分析與防護結構之效果評估。因此需採用力學互制分析程式進行計算，本部分工作將藉由不連續體分析方法中之不連續變形分析法進行。本部分工作以DDA為基礎發展落石與防護結構之二維力學互制分析程式，並進行程式修改並新增相關功能。

 

本研究所提出之方法與理論均經由一系列之解析解與試驗資料加以比對與驗證，同時進行實際工程案例之應用，以展示本研究所發展模式之分析能力。根據本研究之成果可獲致以下結論：

1. 本研究已建立一完整之二維至三維落石分析技術，考慮實際應用需求與目前電腦之計算能量，本研究之落石分析可結合三維空間分析技術與DTM地形資料，先從廣域大範圍之區域性三維落石進行分析，以評估可能落石災害位置，之後再配合DDA法進行落石與防護結構二維力學互制分析，同時亦可進一步結合高精度測量資料或是地表雷射測距儀技術所製作之高精度DTM地形資料，進行分析設計，本研究所發展之技術將可針對落石問題提供一完整之分析評估技術以供工程實際應用。

2. 落石分布之位置廣泛且不確定，且多呈三維空間分布，以二維分析方法僅能提供特定斷面之落石分析結果，對於規劃設計階段所需之道路沿線落石分布情形與危害潛能評估無法提供進一步之資訊，因此本研究進一步發展三維落石問題分析技術，以期對落石問題提出更全面性之解決方案。

3. 本研究已成功發展出完整之二維與三維落石分析技術，考量分析尺度大小與精度需求，可分別進行二維或三維之落石分析。對於分析設計階段所考慮之特定落石邊坡問題而言，一般精度要求較高且多需進行落石防護結構之力學互制分析，建議採用本研究所發展以DDA法為主體之二維落石分析技術。而對於規劃評估階段，因多需考慮廣域大範圍之道路沿線落石分布情形與危害潛能評估，建議採用本研究所發展以集塊質量法為主體之三維落石分析技術。

4. 本研究之落石與防護結構二維力學互制分析結果顯示，落石自邊坡掉落後之落石軌跡預測、最終之落石滾落位置、可能採用之各種不同防護結構(如攔石台階、攔石溝、攔石牆、攔石網、明隧道等)之防護效果評估，均可經由不連續變形分析法進行預測與模擬，另落石顆粒之幾何形狀、大小、及質量與邊坡間之接觸碰撞也可加以考慮，分析結果可從廣域之大範圍落石三維分布評估進一步至重點區域落石防護設計之效能評估。

5. 本研究所提出之重點區域之現地小範圍之數值地形測量，對於路線沿線落石潛能較大之重點區域可即時進行三維雷射地形掃描製作數值地形，除提昇計算結果之可靠與準確性外，另可進一步提供後續落石設計與落石防護設施效能評估分析之精確數值地形資料。。