民國115年 高考三級 水土保持工程 坡地保育規劃與設計（包括沖蝕原理）考古題
民國115年 高考三級 水土保持工程 坡地保育規劃與設計（包括沖蝕原理）收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
邊坡穩定分析中，安全係數之定義為何？水土保持手冊建議，永久性邊
坡穩定分析之安全係數在常時條件下應大於1.5，在高水位條件下應大
於1.2，在地震條件下亦應大於1.2。請說明安全係數之基本意義，並進
一步說明上述三種情況採用不同安全係數標準之原因。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、安全係數（factor of safety, FS）之定義，為滑動面上可供發揮之抗滑力或抗剪強度，與實際驅動滑動之剪力或驅動力矩之比值，即 FS＝τ_f／τ_d＝（c′＋σ′tanφ′）／τ_d；亦可以強度折減法表示為 FS＝c／c_d＝tanφ／tanφ_d。FS＞1 表穩定，FS＝1 表極限平衡，FS＜1 表破壞。
- 二、其基本意義在以單一比值量化邊坡之安全餘裕，反映抗滑能力相對需求之倍數；其倒數可視為強度需求比。FS 並非破壞機率，亦不直接代表變形量；同一邊坡應取所有可能滑動面之最小 FS，並配合極限平衡法、切片法或數值分析求得。
- 三、常時條件採 FS＞1.5，係因永久性邊坡在長期營運下，土壤參數、地層變異、風化、滲流、施工品質與荷重等不確定性較高，且破壞後果嚴重；1.5 約相當於容許抗剪強度折減三分之一，可提供較大之長期安全餘裕與耐久性。
- 四、高水位條件採 FS＞1.2，係因水位上升雖使孔隙水壓升高、有效應力與抗剪強度下降，但水位與滲流條件可經調查與監測界定，且水壓已明確計入驅動力；在設計已採飽和強度與排水措施之前提下，得以較低之最小安全餘裕控制。
- 五、地震條件採 FS＞1.2，係因地震屬低機率、短延時之偶發載重，設計上以擬靜力法加入水平地震力，並容許邊坡產生有限塑性變形與短暫超額應力；若比照常時採 1.5，將使護坡與擋土構造過度保守。1.2 係維持地震後不立即崩塌之最低韌性。
- 六、採用不同標準之核心，在於載重延時、發生機率、可監測性與破壞後果之風險權衡；惟 FS 未反映空間變異與排水失效，實務上仍須配合可靠度分析、地下水監測、坡面排水、植生與巡檢，重要邊坡並得提高標準。
請說明坑溝（gully）的發展過程？（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、坑溝（gully）係指坡面或谷地因地表逕流集中，超過土壤臨界剪應力後所形成之明顯溝狀侵蝕地形；其深度與寬度均較細溝（rill）為大，通常無法以一般耕作消除，溝壁常呈 V 形或 U 形，並可向下游輸出泥砂。
- 二、發展初期，坡面先產生片狀侵蝕（sheet erosion）與細溝侵蝕，逕流沿微小窪地匯集，形成集水線；當流量與流速增大，侵蝕由面狀轉為線狀，溝頭（headcut）出現跌水與淘刷，溝頭向坡上方後退（headward retreat）。
- 三、中期以向下切割（vertical incision）與側向侵蝕（bank erosion）為主；溝床坡度逐漸趨向平衡坡度，溝壁因淘刷與崩塌而後退，溝寬擴大，並在溝口形成沉積扇或沖積錐。此時若基準面下降或降雨集中，會產生回春作用（rejuvenation）。
- 四、後期溝床坡度接近暫時基準面，下切減緩，側蝕與崩塌逐漸停止，溝壁趨於穩定並可能植生；但若集水區土地利用改變、排水集中或極端降雨，坑溝可能再次活化。影響因素包括降雨強度、集水區面積、坡度、土壤可蝕性、植被覆蓋與人為開發。
- 五、防治上應依發展階段採分段截水、草溝與排水導流、跌水工、固床工、防砂壩、擋土與植生等措施，避免逕流集中；並以現地調查、地形測量與監測掌握溝頭後退與下切速率，優先處理溝頭與崩塌料源。
何謂降雨驅動指標（Rainfall Triggering Index, RTI）？說明下式各符號的
意義？說明土石流警戒基準值利用RTI 的訂定流程。（25 分）
M
M
RTI
RTI
(
)(RTI
RTI )
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、降雨驅動指標（Rainfall Triggering Index, RTI）係以有效累積雨量與降雨強度共同構成之經驗性指標，用以表示降雨事件對土石流發生之驅動程度；其概念在於同時考量長期入滲造成之土壤含水量與短期高強度降雨之觸發作用，常作為土石流警戒基準之依據。
- 二、題示公式可寫為 RTI＝（R／R_M）（I／I_M）×RTI_M，等價於 RTI＝RTI_M×R×I／（R_M×I_M）；若採門檻修正，則以（R－R_0）、（I－I_0）取代 R、I。R 為有效累積雨量（effective cumulative rainfall，mm），指扣除截留與入滲損失後，對逕流及土壤水有貢獻之雨量；I 為降雨強度（rainfall intensity，mm/h），通常取最大時雨量。
- 三、R_M、I_M 分別為該集水區或雨量站之最大有效累積雨量與最大降雨強度，用以正規化使不同地區可比；RTI_M 為對應最大或基準指標，作為尺度化常數。若含 RTI_0，為土石流警戒基準值（warning threshold）；含 R_0、I_0 時，分別為啟動累積雨量與啟動雨強，反映前期損失與最小觸發條件。
- 四、警戒基準值訂定流程：先劃定土石流潛勢溪流與代表雨量站，蒐集歷年災害事件及未致災降雨；逐場計算 RTI，分析致災與未致災分布，採致災事件最小 RTI、統計分位數（如 90%）或機率模式求候選基準；再經地形、地質、土砂料源與歷史災害驗證，提報專家審查後公告。
- 五、基準值應以實際事件滾動檢討，並依區域、雨量站與季節修正；即時監測時，當 RTI 接近或超過基準，配合未來雨量預報、持續降雨與現地資料，發布黃色或紅色警戒及疏散避難。限制包括雨量站代表性不足、事件樣本有限、未直接反映土砂供給，故須與現地監測及演練搭配。
說明以建築結構物作為擋土構造的優缺點。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、以建築結構物作為擋土構造，係利用建築物之牆體、地下室外牆、基礎、樓版或框架，直接承受側向土壓力與水壓力，常見於坡地建築、地下室開挖、建物與擋土共構及橋台等；其力學行為為結構、基礎與地層之互制。
- 二、優點包括：結構剛度大，能有效控制側向變形與鄰近地層沉陷；可與建築使用空間結合，節省用地與擋土牆厚度；施工技術成熟，品質易控制；可承受較大側向力與地震力；外觀整齊，並可配合防水、排水與景觀設計；永久性構造維護週期較長。
- 三、缺點包括：設計須同時滿足建築結構與大地工程規範，載重路徑與介面複雜；結構與土壤互制、差異沉陷、地震互制分析困難；背填與排水不良易使水壓累積；防水與伸縮縫處理不當會滲漏；施工順序受限，開挖支撐風險高；一旦損壞修復困難且後果嚴重。
- 四、適用上須確認地層承載力、滑動面位置、地下水與鄰近構造物影響；應以整體穩定分析、結構分析與有限元素法檢核，並設置排水、背填透水材料、防水層與監測系統。對於軟弱地層、高地下水位或大規模滑動區，建築結構不宜單獨作為擋土構造。
- 五、建議採性能設計與風險管理，明確定義容許變形、耐震與排水標準；施工採分階開挖、即時支撐與監測；營運期定期檢查裂縫、滲水與沉陷。建築結構擋土之成敗取決於地質調查、排水與介面整合，並非僅靠結構強度。