112 高普考高考二級 水土保持工程 坡地穩定工程（包括土壤力學與植生工程） 考古題詳解

核心觀念

本題考查臺灣泥岩地區的地質分布、沖蝕特性，以及裸露泥岩邊坡復育時如何兼顧減少逕流與沖蝕、改善植生基盤、維持邊坡穩定。泥岩遇水容易軟化、崩解；乾燥後表面又容易硬化，形成植生不易建立的環境。因此，復育不能只在坡面撒播種子，必須先控制水文與沖蝕，再改善土壤條件並建立適地植生。

泥岩分布與沖蝕情形

臺灣泥岩主要分布於西南部麓山帶及丘陵地區，以臺南、高雄、屏東較為集中，臺南左鎮、龍崎、高雄田寮、燕巢，以及屏東部分地區皆可見典型泥岩地形。部分地區泥岩與砂岩、頁岩等互層，地層及坡面條件並不完全一致。

泥岩主要由細粒黏土礦物組成，岩體膠結較弱，具有下列沖蝕特性：

1. 遇水軟化、崩解：降雨或地表逕流使泥岩強度降低，表層容易泥化、剝落。
2. 乾濕反覆造成粒團破壞：乾燥收縮、濕潤膨脹的循環，使表面逐步鬆散，產生片狀剝落及細溝沖蝕。
3. 坡面逕流集中時侵蝕快速：植被稀少、土壤薄且入滲條件不佳，逕流容易沿坡面集中，形成蝕溝、沖溝，嚴重時發展為崩塌或惡地地形。
4. 表層容易硬化：乾燥後表面可能形成硬殼，種子不易入土，幼苗也不易穿透；因此即使短期播種發芽，植生仍可能因缺水、沖刷或根系無法伸展而失敗。

解題方法：先控水與沖蝕，再建植生基盤

作答可依「調整水流—保護坡面—改善基盤—建立植生—維護監測」的次序說明。這種安排符合泥岩坡面的主要限制：若逕流與沖蝕尚未控制，客土及種子容易被沖走；若基盤沒有改善，單靠播種則難以形成穩定植被。

裸露邊坡復育應特別留意事項

一、先處理坡面排水與逕流

• 截排坡頂來水，避免坡外逕流直接流入裸露坡面。
• 依坡長、坡度與集水情形設置坡面排水、導流或分流設施，避免水流集中沖刷。
• 排水出口應妥善消能與防沖，避免將問題轉移到坡腳或鄰近坡面。
• 對已有蝕溝、沖溝者，先穩定溝頭及溝床，並配合排水與防沖措施，避免溝蝕向上游延伸。

二、降低坡面沖蝕並穩固表層

核心觀念

坡面穩定是指坡體在自重、地下水、地震及外加荷重等作用下，仍能維持平衡而不發生滑動、崩塌或流動。分析時須同時考量坡體的抗剪強度與促使坡體移動的剪力；土壤力學常以莫爾－庫侖強度表示：

其中 $c'$ 為有效凝聚力、$\phi'$ 為有效摩擦角、$\sigma$ 為總正應力、$u$ 為孔隙水壓。當沿潛在滑動面上的驅動剪力大於可提供的抗剪力，坡面即失去穩定。題目要求比較自然邊坡與人為邊坡，並說明材料、地形、外力，以及工程施作與人為活動如何改變穩定條件。

解題方法

依「材料條件、地形條件、外力與水文條件、工程及人為影響」分項說明，並指出各因素如何改變坡體抗剪能力或滑動力。自然邊坡與人為邊坡的差異，主要在於形成方式及受擾動程度；兩者都受上述因素控制。

坡面穩定的主要因素

一、組成材料

自然邊坡的材料包括土壤、風化層、岩體及其交界面。土壤的粒徑、密度、含水量、凝聚力、摩擦角、透水性與層理，會影響抗剪強度及地下水反應；岩坡則須考量節理、裂隙、層面、斷層、風化程度及其與坡面的方向關係。軟弱層或透水性差的界面，容易形成地下水聚集或滑動面。

人為邊坡常由開挖、填築或兩者共同形成，穩定性除受材料性質控制，也受施工品質影響。填土若未充分分層夯實，容易產生較大沉陷及低抗剪強度；不同土料交界處若排水不良，也可能形成弱面。以土石材料構築的坡體，應考量材料是否適合、夯實程度及與原地盤的接合情形。

二、地形與坡體幾何

坡高、坡度、坡長與坡形會影響坡體自重分量及潛在滑動範圍。坡度越陡、坡高越大，通常坡面所受的下滑作用越大；坡頂地形、坡腳支承與坡體形狀亦會影響應力分布。

自然邊坡還受地形演變控制，例如坡腳遭河流或海浪侵蝕、坡頂卸荷形成張力裂縫，均會削弱坡體平衡。人為邊坡則常因開挖使坡度變陡或移除坡腳支承，或因填築增加坡體高度與荷重，導致穩定條件改變。

三、地下水、降雨與其他外力

核心觀念

本題考查的是：在維持坡面穩定與防災功能的前提下，如何將節能減碳、淨零碳排及生態友善納入擋土工程的規劃、設計、施工與維護。擋土工程的減碳不能只看施工當下的材料用量，也須考量材料製造、運輸、施工、維護及汰換等生命週期碳排。

以命題當年（民國 112 年）法規與政策為準，可掌握《氣候變遷因應法》所揭示的 2050 淨零排放目標，以及水土保持工程兼顧防災、生態保育與永續利用的政策方向。本題沒有要求特定法條條文或數值計算，作答重點應放在工程上可執行的減碳措施。

解題方法

可依「先減少工程量，再選低碳材料與工法，最後管理施工及維護碳排」的順序作答。所有減碳措施都須以安全檢核為前提，不能為了減少混凝土或鋼材而降低擋土結構的穩定性。

擋土設施仍須依地形、地質、地下水、荷重及施工條件，檢核外部穩定與構件安全。以重力式擋土牆為例，基本檢核包括抗滑、抗傾倒及基礎承載力：

此外，應評估牆背水壓、排水能力、整體邊坡穩定及地震作用。減碳設計須在適用規範要求及必要安全係數下進行。

坡面擋土工程的節能減碳作法

一、規劃階段：降低不必要的工程量

1. 先調查、再設計：掌握地形、地質、地下水、既有植生及災害範圍，依實際風險決定擋土高度、位置與範圍，避免過度開挖及超量設置構造物。
2. 優先採取源頭減量：配合坡形調整、坡面截排水、局部補強及植生等措施，降低所需擋土規模；必要時採分段、分期處理，減少一次性大規模施工。
3. 減少開挖及棄土：配合現地地形配置構造物，減少挖填方及外運土石；可利用的現地材料經檢驗符合工程需求後再利用，以降低運輸與處置所產生的排放。

二、設計階段：選擇合宜的低碳擋土工法

1. 依條件選擇工法：在地質與受力條件適用、且安全檢核合格時，可採用砌石牆、格框牆、石籠牆、加勁擋土牆或土釘等工法，減少對大量混凝土構造的依賴。工法須依現地條件選用，不能以「生態」或「低碳」名義取代必要的穩定分析。
2. 降低高碳材料用量：混凝土與鋼材用量應依受力需求合理設計，避免不必要的厚度、尺寸與過度保守配置；

核心觀念

安全係數 $F_s$ 是邊坡抗滑能力與促使滑動作用的比值，可概念化表示為：

$F_s=1$ 表示達極限平衡；$F_s>1$ 表示尚有穩定餘裕。設計所採用的最小安全係數，是在特定工況下要求邊坡至少具備的安全門檻。它不是所有邊坡、所有狀態都相同的固定數值，須依規範基準及工程條件選定。

以命題當年（民國 112 年）法規為準，《水土保持技術規範》第 73 條要求邊坡穩定規劃設計進行穩定分析；當時最小安全係數為：平時 $1.5$、地震時 $1.2$、暴雨時 $1.1$。此表是水土保持邊坡設計的重要基準，實際工程仍須確認適用的主管機關規範與工程類別。

解題方法：依工況與工程風險說明

作答時先列出法規基準，再說明選擇最小安全係數所考量的因素：

1. 邊坡使用年限與工程性質 永久性邊坡通常要求較高的安全程度；臨時性邊坡的使用期間較短，規範基準可能不同，但仍須考量施工期間的暴露時間與作業風險。

2. 失穩後果與保全對象 坡下若有住宅、道路、重要設施或大量人員活動，破壞可能造成重大傷亡或財產損失，設計應採取較審慎的安全要求。若失效後果較輕，所需安全餘裕可能不同，但仍不得低於適用規範。

3. 土層與岩層強度參數的不確定性 土壤強度、節理面性質、地下水位及材料分布的調查結果若不充分，分析參數的不確定性較高，安全係數的選取應更保守。鑽探、取樣、試驗與地質調查的品質，會影響分析可靠度。

4. 分析方法與模型假設 滑動面位置、破壞模式、計算方法及其假設都會影響分析結果。