本論文使用數值模擬軟體ANSYS ，配合進階網格處理軟體ICEM CFD以及計算流體力學軟體Fluent進行三維分析，以多相流暫態法模擬水流過已膠結劑之道碴顆粒孔隙中的固化行為，並探討膠結後的透水性。道碴顆粒模型設定分為兩種，第一種為均勻分佈的顆粒，第二種則為模擬列車經過鐵路振動產生分層現象的分層顆粒，模擬用之顆粒大小、體積及分布皆與真實道碴顆粒相同。模擬時膠結劑有3x3、5x5、7x7三種網狀配置，並將膠結劑量與水量固定，比較和討論各配置膠結後之透水情形，以及改變膠結劑量對透水性的影響。

結果顯示，3x3配置透水性表現最佳，而5x5和7x7配置的透水性表現皆不理想，主要因3x3配置範圍最窄，膠結後容器四周膠結劑分布較少，有較多的透水孔隙通道可供水從周圍排出，而5x5、7x7的配置較廣，使得容器四周皆被膠結劑阻塞，造成水不易排出。在同一種配置且固定膠結劑量的情況下，均勻顆粒的透水率均會優於分層顆粒，主要因分層顆粒上層皆為大顆粒，膠結情況較差，使得較多的水流入時會被包覆在孔隙中，而均勻顆粒因上層顆粒有大有小，膠結情況較均勻，水流入時不易被阻塞在孔隙中。將膠結劑量減半後雖對3x3配置透水性有所提升，但對5x5、7x7配置之透水性並沒有很大的幫助，只要原因是膠結情況變差。根據模擬結果，膠結劑水平分布越均勻，膠結後的透水性就越差，若要同時兼顧膠結狀況與透水性，建議可選擇範圍較小的配置去達到透水性的要求，再透過調整膠結劑的量去確保膠結後能達到應有的強度規定。本研究利用ANSYS Flunet初步模擬水流過已膠結道碴顆粒中的透水情況，提供相關單位在施工規劃時的參考依據。

By using the finite element software ANSYS, together with the ICEM CFD mesh and FLUENT, the percolation of solidified railway ballast is studied numerically. Two fold ballasts are generated : a uniformly distributed ballast and a gravel induced ballast, resulted from the dynamic external vibration.The ballast used in simulation are identical with the real ballast stones.Three mesh configurations of gluing solution as 3x3、5x5、7x7 network arrangements are included and the amount of water is fixed.Results show that 3x3 case has better performance in permeability than the others.In the same configuration,the uniformly distributed ballast has better permeability than gravel induced ballast.Moreover,halving the amount of gluing solution does not improve the permeability.Only the permeability of 3x3 case increases obviously and others remain the same.The percolation of solidified railway ballast is based on site study,and a priori numerical study provides a preliminary solution.The present study elaborates different factors that could influence the permeability of solidified railway ballast.

[1]http://www.motc.gov.tw/ch/home.jsp?id=721&parentpath=0,1,717 造訪時間：2016.4.13。
[2]http://news.housefun.com.tw/news/article/11233449648.html 造訪時間：2016.4.13。
[3]https://www.top1health.com/Article/7469 造訪時間：2016.4.13。
[4]黃民仁，「新世紀鐵路工程學 基礎篇」，文笙書局股份有限公司，2007。
[5]翁禮維，「鐵路工程」，大中國圖書公司，1985。
[6]http://www.railway.gov.tw/tw/CP.aspx?sn=3700&n=168 造訪時間：2016.4.14。
[7]http://kids.motc.gov.tw/home.jsp?id=1089造訪時間：2016.4.25。
[8]http://baike.baidu.com/view/1539473.htm?tp=2_11造訪時間：2016.4.14。
[9]http://www.wikiwand.com/zh-sg/%E9%81%93%E7%A2%B4 造訪時間：2016.4.19。
[10]行政院公共工程委員會，「公共工程施工綱要規範，第02723 章(碎石道碴)」，2001。
[11]陳主安，「台鐵無道碴軌道性能效益評估及比較研究」，國立海洋大學碩士論文，2003。
[12]郭晉誠，「鐵道石碴束制工法決策模式建構之研究」，中華大學土木與工程資訊學系碩士論文，2007。
[13]http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=59367 造訪日期：2016.4.1。
[14]http://202.196.13.196:1168/indexengine/entry_browse.cbs?valueid=%B7%C7%C5%A3%B6%D9%C1%F7%CC%E5%C1%A6%D1%A7&dataname=dbk2%40E%3A%5Cdbkdms%5Cdata%5Cbook2%5Cdbk2.tbf&indexvalue=%C1%F7%B1%E4%D1%A7 造訪日期：2016.4.21。
[15]方中，流體力學，課程講義，2013。
[16]http://en.wikiversity.org/wiki/Fluid_Mechanics_for_MAP/Introduction造訪日期：2016.4.27。
[17]https://neutrium.net/fluid_flow/viscosity造訪日期：2016.4.27。
[18]https://secure.ifai.com/geo/articles/1007_f4_pu.html造訪日期：2016.4.28。
[19]http://www.baltijospasvaiste.lt/lts/en/ballast-bonding 造訪日期：2016.5.2。
[20]http://buildingchemicalsupplies.co.nz/mc_bauchemie/mc_ballastbonding造訪日期：2016.5.10。
[21]Fang C, Wang Y, Hutter K (2008) A unified evolution equation for the Cauchy stress tensor of an isotropic elasto-visco-plastic material. I. On thermodynamically consistent evolution. Continuum Mech Thermodyn 19:423-440.
[22]Fang C (2009) Time dependent poiseuille flows of an elasto-visco-plastic fluid with hypoplastic effects. J. Mech. 25(4):279-289.
[23]Fang C, Lee CH (2008) A unified evolution equation for the Cauchy stress tensor of an isotropic elasto-visco-plastic material. II. Normal stress difference in a viscometric flow, and an unsteady flow with a moving boundary. Continuum Mech Thermodyn 441-455.
[24]Fang C, Lee CH (2008) Unsteady parallel flows of an elasto-visco-hypoplastic fluid with oscillating boundary. Appl Rheol 18:45001-1-11.
[25]Tanner RI, Engineering Rhelogy. Oxford University Press New York, 2000.
[26]Oswald P (2009) Rheophysics: The Deformation and Flow of Matter. Cambridge University Press, New York.
[27]Wang Z, Jing G, Liu G (2014) Analysis on Railway Ballast-glue Micro-characteristics. Appl Mech Materials 477-478,535-538.
[28]Fang C, Lee Y, Kuo CM, Lin YJ, Kuo C (2015) Anti-thixotropic non-newtonian fluid in complex conduct:gluing process simulation of railway ballast. Appl, Rheol-25-14381.
[29]Lee Y, Fang C, Tsou YR, Lu LS, Yang CT (2009) A packing algorithm for three-dimention convex particles. Granul Matt 11:307-315.
[30]陳柏辰，「真實鐵路道碴分層現象對膠結劑分布影響之研究」，國立成功大學土木工程研究所碩士論文，2015。
[31]林永鎔，「二元圓-橢圓顆粒混合物於垂直震動下之分離現象研究」，國立成功大學土木工程研究所碩士論文，2010。
[32]Fang C, Lee Y, Lin YJ, Lu LS, Chen PC (2016) Influence of gluing solution layout on gluing solution distribution in a realistic railway ballast. Internat J Geomech(in press).
[33]虎門科技，ANSYS V15.0 FLUENT 基礎課程講義，2014。
[34]http://baike.baidu.com/item/fluent 造訪時間：2016.5.12。
[35]粘嘉原，王崇岳，鄧治東，黃培嘉，「以網格中心壓力基底法求解空穴流渦漩結構相對幾何形狀之分析」，先進工程學刊 4.4 (2009): 371-377。
[36]郭晉誠，「鐵道石碴束制工法決策模式建構之研究」，中華大學土木與工程資訊學系碩士論文，2007。
[37]唐家鵬，「FLUENT 14.0超級學習手冊」，人民郵電出版社，北京，2013。
[38]陳偉全，劉文宗，朱鳳斌，「運輸工程學概論」，高力圖書有限公司，2007。