民國115年 高考三級 水土保持工程 坡地穩定與崩塌地治理工程考古題

民國115年 高考三級 水土保持工程 坡地穩定與崩塌地治理工程收錄考選部官方試題，共 5 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。

官方資料

題目與答案

第1題

坡地的深層滑動通常和岩體的力學行為有關，如何評估含不連續面岩體 的力學參數以進行邊坡穩定分析？請詳述深層滑動的整治方法有那 些？（20 分）

參考解答（AI 生成，非官方）

  • 一、深層滑動的力學本質與調查重點：深層滑動多沿層面、斷層、節理組或剪裂帶等不連續面發生，滑動體厚度大，滑動面常位於風化岩與新鮮岩界面或軟弱夾層。調查應以地質鑽探、岩心紀錄、孔內攝影、不連續面位態量測、地下水壓觀測及位移監測，確認滑動面位置、延伸範圍與地下水條件，作為參數分區與分析模式選定依據。
  • 二、完整岩樣試驗與岩體參數折減：室內單壓、三軸與直剪試驗可得完整岩石之c、φ及變形模數，但不能直接代表含不連續面岩體。實務上以GSI（地質強度指數）、RMR（岩體評分）、Q系統及Hoek-Brown破壞準則，配合擾動係數D與岩性常數mi，推算岩體之c'、φ'、E_m；再以不連續面直剪試驗或Barton-Bandis準則（JRC、JCS、殘餘摩擦角）評估弱面強度。
  • 三、不連續面位態與運動學分析：以立體投影（stereonet）、Markland法判別平面滑動、楔形滑動與傾倒之可行性，檢查弱面是否出露（daylighting）、滑動方向與側向釋放面。參數應區分峰值強度與殘餘強度，考慮尺寸效應、風化軟化、孔隙水壓、地震力及長期潛變；水下或暴雨工況採有效應力分析，必要時以極限平衡、極限分析或數值法（FLAC、UDEC）互校。
  • 四、深層滑動整治方法：首重排水，包括地表截排水、水平排水孔、集水井、排水廊道與井點，以降低孔隙水壓及提升有效應力；其次為減載與坡腳壓重、削坡整坡。結構工法可用抗滑樁、擋土牆、地錨、岩栓、微型樁及加勁結構；地盤改良可用灌漿、置換、攪拌樁。大規模深層滑動常採排水、抗滑樁與地錨之複合工法，並設置自動監測與警戒值。
  • 五、限制與建議：深層滑動之滑動面常無法完全揭露，參數具高度不確定性，應以敏感度分析與可靠度分析檢核；整治後仍需長期監測地下水位、位移與錨碇力。避免僅以坡面噴漿或擋土牆處理深層滑動，因滑動面可能在結構下方；設計應考量施工期間穩定性、排水系統維護及極端降雨情境。

第2題

卵礫石層在臺灣有廣泛的分布，請說明影響卵礫石層邊坡強度的因素有 那些？卵礫石層常形成陡坡，請詳述其邊坡破壞模式與整治工法有那 些？（20 分）

參考解答（AI 生成，非官方）

  • 一、卵礫石層的組成與強度特性：卵礫石層由礫石、砂、粉土及黏土基質組成，礫石含量常高於50%，粒徑可達數十公分以上。其力學行為介於土與岩之間，礫石間互鎖（interlocking）與基質膠結可提供較高凝聚力與摩擦角，故常形成陡坡；但基質軟弱、膠結不良或受地下水影響時，強度會明顯降低。
  • 二、影響邊坡強度的因素：包括礫石含量、粒徑級配、顆粒形狀與排列、基質性質與含水量、膠結程度、相對密度、風化程度、層面或沉積構造、圍壓、應變軟化與尺寸效應。大粒徑礫石使室內試驗代表性不足，現地試驗與反算分析很重要；飽和、暴雨入滲、地下水上升會降低基質有效應力與膠結，誘發破壞。
  • 三、破壞模式：卵礫石陡坡常見礫石掉落、落石、坡面沖蝕與淺層崩塌；若基質軟弱或存在層面，可能沿層面產生平面滑動或楔形滑動；差異風化與淘空可造成懸崖式崩落；大規模時也可能出現圓弧滑動或複合型滑動。破壞常由坡腳淘空、地下水滲流、節理或層面控制，具突發性與高能量特性。
  • 四、整治工法：坡面保護可採噴凝土、掛網、護坡格框與植生；排水應設地表截水溝、水平排水孔與坡腳排水；邊坡可削坡、整坡、設置擋土牆、加勁擋土牆、抗滑樁、微型樁、地錨或岩栓；坡腳應護坡與壓重。落石防護可用攔石網、落石防護柵、明隧道；施工需注意大粒徑掘削、取樣擾動與透水性。
  • 五、設計限制與建議：卵礫石層參數具尺寸效應與高度變異性，不宜直接套用一般砂土參數；應以現地直剪、平板載重、孔內試驗及反算輔助，並分區建立參數。整治應優先排水與坡腳保護，結構物基礎須穿越軟弱基質或置於可靠層；完工後監測位移、裂縫與地下水位，採風險分級維護。

第3題

一邊坡開挖後坡面N40°E/25°S，弱面N30°E/20°S，此坡面是否為順向 坡，若摩擦角25°，試說明是否會沿弱面滑動。（20 分）

參考解答（AI 生成，非官方）

  • 一、位態判讀：採走向與傾角表示，坡面N40°E/25°S表示走向N40°E、傾角25°，傾向南側，其真傾向約S50°E；弱面N30°E/20°S表示走向N30°E、傾角20°，傾向約S60°E。兩者傾向夾角約10°，弱面傾角較坡面緩5°。
  • 二、順向坡判定：順向坡之要件為弱面傾向與坡面傾向大致相同，且弱面傾角小於坡面傾角，使弱面能在坡面出露。本案兩傾向僅差10°，可視為近似平行；弱面20°小於坡面25°，具出露條件，故屬順向坡，或稱廣義順向坡。若嚴格要求走向完全平行，則只能稱近似順向坡，工程上仍按順向坡檢核。
  • 三、滑動運動學條件：平面滑動需弱面傾角ψ_p小於坡面傾角ψ_f，且弱面傾角大於弱面摩擦角φ，即ψ_p>φ，滑動才可能發生；另需有側向釋放面與滑動體。本案ψ_p=20°<ψ_f=25°，出露條件成立；但φ=25°>ψ_p=20°，不滿足滑動必要條件。
  • 四、安全係數計算：假設乾燥、無凝聚力、無水壓與地震力，平面滑動安全係數FS=tanφ/tanψ_p=tan25°/tan20°=0.4663/0.3640≒1.28>1。若以坡面傾向之視傾角計算，tanψ_app=tan20°×cos10°≒0.344，ψ_app≒19.0°，FS=tan25°/tan19.0°≒1.35，仍大於1。
  • 五、判定與限制：在題目給定之摩擦角25°及乾燥條件下，弱面雖為順向坡且會出露，但不會沿弱面滑動。若暴雨使水壓U上升、弱面泥化使φ降至20°以下、或地震與開挖解除側向支撐，FS可能降至1以下；此時需以FS=[cA+(W cosψ_p-U)tanφ]/(W sinψ_p+V)重新分析。水壓與凝聚力資料題目未給，無法得出唯一數值。

第4題

若坡地坡度θ，地下某深度有一地下水位且地下水流線平行地表面，請畫 流網說明如何估計地下水位以下深度h 位置的水壓。（20 分）

參考解答（AI 生成，非官方）

  • 一、流網繪製要點：先畫坡面線與其傾角θ，於坡面下一定深度畫與坡面平行之地下水位線。流線（flow line）代表水分子流動路徑，因題設流線平行坡面，故畫成與坡面平行、箭頭指向下坡的線；等勢線（equipotential line）與流線正交，故垂直坡面。兩組線構成近似正方形網格，並標示坡面、水位線、θ、流線與等勢線。
  • 二、水頭與水力梯度：沿坡面相鄰兩等勢線間距為Δs，其間水頭差ΔH=Δs sinθ，故水力梯度i=ΔH/Δs=sinθ。流網中每個網格之流量相等，等勢線愈密代表梯度愈大；若坡面均質且流線平行，等勢線間距大致相等，屬均勻滲流。
  • 三、深度h處水壓估計：設欲求點P位於地下水位面以下垂直深度h。通過P之等勢線與地下水位線交於Q，Q點壓力為零，其總水頭等於高程水頭；P與Q同屬一等勢線，故P之壓力水頭等於Q與P之垂直高差。由幾何關係，該高差為h cos²θ，因此u=γw h cos²θ，作用方向為孔隙水壓，作用於滑動面時取垂直面分量。
  • 四、以流網計數法：若由水位面至P點跨越n個等勢差，每個等勢差ΔH，則水頭損失為nΔH；壓力水頭h_p=h-nΔH，水壓u=γw h_p。實務上先設定總水頭差與等勢線數，再依網格量取，可避免僅用靜水壓力高估或低估；若流線不平行或土層非均質，應以數值滲流分析或現地水壓計校正。
  • 五、定義與限制：前述u=γw h cos²θ係指h為垂直深度；若h改以垂直坡面之法向深度h_n量測，則u=γw h_n cosθ。題目未明示h之量測方向，應先假設並註明。另流網假設均質、等向、穩態飽和滲流；層狀、異向性或降雨入滲非穩態時，需修正參數並以水壓計驗證。

第5題

一岩坡因為張力裂縫產生潛在滑動面如下圖，請繪圖表示沿潛在滑動面 的水壓力分布及說明對穩定性的影響，並繪圖施加地錨及說明對穩定性 的影響。（20 分） 張力裂縫 潛在滑動面

參考解答（AI 生成，非官方）

  • 一、圖形結構：繪一岩坡剖面，標出坡面、坡頂、坡腳與穩定岩體；於坡頂後緣畫近垂直之張力裂縫，裂縫向下延伸至潛在滑動面。潛在滑動面由裂縫底部以傾角ψ_p向下延伸至坡腳出露，滑動面以上為滑動塊體。另標示裂縫水深h_w、滑動面長度L、滑動塊體重量W及地下水壓。
  • 二、水壓力分布圖：在張力裂縫內畫三角形水壓分布，頂部為零、底部最大u_w=γw h_w，方向水平推擠滑動塊體；沿潛在滑動面畫水壓分布，裂縫處最大、坡腳排水處為零，呈三角形，若坡腳排水不良則為梯形，方向垂直滑動面向上，稱為揚壓力（uplift）。圖上應以箭頭表示水壓作用方向，並標註最大水壓位置。
  • 三、對穩定性影響：滑動面揚壓力U降低有效法向力N'=W cosψ_p-U，使摩擦抵抗減少；裂縫水壓V提供水平推力，增加沿滑動面之驅動力V cosψ_p，並可能降低法向力V sinψ_p。安全係數可表為FS=[cA+(W cosψ_p-U-V sinψ_p)tanφ]/(W sinψ_p+V cosψ_p)。水壓上升會使FS下降，暴雨或排水失效時可能誘發滑動。
  • 四、地錨配置圖：在坡面鑽設地錨，錨頭設於坡面之承壓板，錨桿向下傾斜穿過滑動塊體與潛在滑動面，錨固段深入滑動面以下之穩定岩體，通常向下傾角約15°至30°，採矩陣式配置。圖上應標示錨頭、自由段、錨固段、滑動面交點、錨碇角與預力T。
  • 五、地錨對穩定性影響：預力T於滑動面產生法向分量T sinδ，增加有效法向力與摩擦抵抗；另產生沿滑動面向上之分量T cosδ，直接抵抗下滑力，δ為錨桿與滑動面之夾角。加入地錨後FS=[cA+(W cosψ_p-U-V sinψ_p+T sinδ)tanφ+T cosδ]/(W sinψ_p+V cosψ_p)，可明顯提高FS。設計仍需檢核錨固段長度、拉拔力、群錨效應、腐蝕防護與坡體整體穩定。