113 高普考高考三級 水土保持工程 坡地穩定與崩塌地治理工程 考古題詳解

核心觀念

地震會使坡體裂隙擴大、岩土體強度降低，也可能造成新生崩塌與不安定土砂堆積。後續降雨入滲後，坡體更容易失穩，溪溝中的鬆動土砂也可能被沖動形成土石流。因此震後應依地震影響程度及集水區現況，調降降雨警戒基準值，讓預警及疏散在較少雨量時啟動；待坡地環境與災害風險改善，再依事件紀錄逐步調回原值。

土石流警戒基準值以有效累積雨量及降雨強度等雨量資料，配合歷史災害紀錄分析；實務上常以有效累積雨量作為警戒指標，並以每 $50\text{ mm}$ 為一個警戒級距。大規模崩塌則須依崩塌潛勢、雨量門檻及現地監測資料判斷，不能只以土石流警戒值替代。

解題方法：震後如何調降

1. 確認地震影響範圍與震度。 對震度達 5 強以上的地區，依各地災情與坡地狀況進行警戒基準值檢討；必要時依震度門檻提出立即性調整。
2. 調查地形與土砂變化。 檢視新生崩塌、坡面裂隙、溪溝淤積與不安定土砂、道路及排水設施受損情形，並蒐集災例與雨量資料。
3. 依風險程度調降土石流基準值。 按命題當年所採作業原則，震度 5 強地區經分析評估後，可參考 $R_{60}$ 調降，約降低 1 至 2 個級距；震度達 6 弱以上者，經評估後可參考 $R_{50}$ 調降，約降低 2 至 4 個級距。實際調整仍須對照當地雨量站資料、地文指標及災情嚴重程度。
4. 同步強化崩塌預警。 大規模崩塌潛勢區應以雨量警戒線搭配現地監測，例如地表伸縮、傾斜及地下位移等變化；若監測顯示變形加速，應提高警戒並採取應變措施。

震後調降的目的，是反映坡地條件改變後較高的易致災性；若短期內同一地區再度發生地震或土砂災害，檢討時須比較現行值與擬調整值，避免重複調降。

調回原警戒值的評估

調升不能只看「經過一段時間未發生災害」，還須同時檢視降雨事件紀錄、土砂災害紀錄與坡地環境變化：

核心觀念

地下水滲流影響邊坡穩定，主要是因為孔隙水壓會降低土體的有效應力與抗剪強度；滲流力也可能增加滑動趨勢，並在坡趾造成出逸破壞或土粒流失。因此，評估時須掌握地下水位、孔隙水壓及其隨降雨、蓄水或水位變化的變化，再將其納入邊坡穩定分析。

有效應力原理為：

其中，$\sigma'$ 為有效應力、$\sigma$ 為總應力、$u$ 為孔隙水壓。依莫耳－庫倫破壞準則，土體抗剪強度為：

其中，$c'$ 與 $\phi'$ 分別為有效凝聚力及有效摩擦角。由式可知，孔隙水壓 $u$ 上升時，有效應力與抗剪強度下降，邊坡安全係數通常隨之降低。

解題方法

評估可依「調查水文地質條件、分析滲流與孔隙水壓、進行穩定分析、檢核不利情境」的順序進行：

1. 調查地下水與地質條件：蒐集地形、地層及透水性資料，調查地下水位、湧水點、泉水、裂隙與既有滑動跡象。設置觀測井或孔隙水壓計，量測不同深度及不同季節的地下水位與孔隙水壓；並記錄降雨、河川或水庫水位等可能影響水位的因素。

2. 建立滲流狀態：依現地資料判斷地下水流向、滲流路徑與可能的滯水層，分別考慮穩定滲流及降雨入滲、地下水位升降等暫態滲流。可用水頭資料或流網估算孔隙水壓；地層較複雜或水位變化明顯時，可進行滲流數值分析，求得滑動面上的孔隙水壓分布。

3. 將孔隙水壓納入穩定分析：採圓弧滑動或非圓弧滑動分析，將滑動面各位置的 $u$ 納入有效應力抗剪強度，計算安全係數：

核心觀念

止滑樁是穿越潛在滑動面、將滑動土體的下滑力傳至滑動面以下穩定地層的抗滑構造物。設計要先掌握崩塌的成因、範圍及滑動機制，再確認樁體能提供足夠阻滑力，且樁身、樁間土體與樁底地層均安全。

《水土保持技術規範》第 68 條將排樁列為增加抵抗力的崩塌地處理方法；第 73 條規定邊坡穩定規劃設計應進行穩定分析。以下安全係數依命題當年（民國 113 年）法規為準：

解題方法：止滑樁規劃設計原則

1. 調查崩塌機制與設計條件

先調查地形、地質、地下水、地表裂縫、滑動方向及既有變位；必要時布設鑽孔、地下水位觀測及地盤傾斜儀，確認滑動面深度、範圍與活動情形。另應取得土層單位重、強度參數、岩層完整性及樁底承載層資料。

分析時應考量平時、暴雨及地震等工況，以及地表水、地下水、坡頂載重與施工階段可能造成的影響。若滑動誘因包含入滲或地下水，止滑樁宜配合截排水或地下排水，避免只增加抗力而未處理致災原因。

2. 決定樁位與配置

止滑樁通常沿滑動方向的橫向布置，使樁列截斷滑動土體；樁位應依滑動範圍、下滑推力、地層條件、施工空間及下游保全對象綜合選定。布置位置不可只按地表裂縫判斷，應與分析所得潛在滑動面及滑動體範圍相配合。

樁徑（或截面尺寸）、樁距、排數與樁列方向須同時考量：

• 樁距過大，樁間土體可能穿越或局部破壞，土拱效應也未必足以傳遞推力。
• 樁距過小，工程量增加，且仍須檢核樁群與地層的整體行為。
• 若單排樁無法提供所需抗力或變形控制不足，可考慮多排樁，並分析排間推力分配與連接構造。

3. 決定樁長、嵌入深度與樁型

樁體須穿過滑動面，並有足夠長度嵌入滑動面以下的穩定地層，使下滑推力能傳遞至穩定地盤。嵌入深度不能只以「超過滑動面」作為判斷，還要依穩定層厚度、側向地盤反力、樁身內力及變形分析決定。

打擊樁或鑽掘樁的選用，應配合地層、地下水、施工設備、樁體尺寸、施工振動及鄰近設施條件。施工方法若可能擾動滑動體或削弱樁周地層，也應納入施工階段的穩定檢討。

4. 計算所需抗滑力並檢核結構

先分析未設樁時的下滑力與安全係數，再計算達到目標安全係數所需增加的抗滑力。對某一假設滑動面，可用概念式表示：

其中 $F_s$ 為安全係數，$R_s$ 為原有抗滑阻力，$D$ 為滑動體下滑力，$P_p$ 為止滑樁提供、且沿滑動面方向有效的抗滑力。所需樁抗力可概念化為：

實際分析須依所採用的邊坡穩定法及力的方向，正確計入樁的作用位置與分配，不能將樁的全部結構承載力直接當成有效抗滑力。

核心觀念

本題考查以地球物理探測取得坡體內部資訊，再結合地形、地質與水文資料，判斷潛在崩塌的範圍、深度、破壞面及活動性。地球物理方法量測的是物性差異，並非直接拍攝滑動面；因此須以地質調查、鑽探或其他資料校核，避免將物性異常直接等同於崩塌面。

常用方法如下：

• 地電阻影像法（ERT）：量測地表電極間的電位差，推估地下電阻率分布。電阻率受岩性、孔隙率、含水量、孔隙水導電度及黏土含量影響。
• 多頻道表面波分析法（MASW）：由地表震測資料分析表面波的頻散曲線，反算剪力波速 $V_s$ 的深度分布。$V_s$ 反映材料的剪切剛度；一般而言，鬆散、破碎或弱化地層的 $V_s$ 較低，完整、緻密地層的 $V_s$ 較高。

解題方法

一、調查前建立崩塌地概念模型

先彙整坡面地形、地質構造、既有崩塌紀錄、地表裂縫、地下水與排水情形，圈定可能的滑動範圍、滑動方向及預期破壞深度。測線宜沿坡向配置，以橫切坡體的剖面辨識層界及可能滑動面；必要時再增設平行坡向的測線，確認異常的平面連續性。

測線長度與探測深度須配合預期崩塌深度規劃。電極間距及震測檢波器間距愈小，通常愈能解析淺部細節；但實際解析度與探測深度仍受陣列長度、地形、訊號品質及地下介質影響。

二、以 ERT 辨識電性異常與地下水影響

1. 沿測線布設電極，選用合適的電極排列方式，量測電流與電位差，計算視電阻率。
2. 將多組視電阻率資料輸入反算程序，取得地下電阻率剖面。
3. 比對地層背景及相鄰位置，辨識可能的低阻或高阻異常帶。

在含水量增加、孔隙水導電度較高或黏土含量較多的區域，常見較低電阻率；乾燥、粗顆粒或完整岩體則可能呈現較高電阻率。因此，若坡體內出現連續低阻帶，且其位置與地形、地質構造或地下水出露相符，可視為含水弱化帶或潛在滑動帶的線索。

判讀時須考慮電阻率的非唯一性：低阻也可能來自黏土層或高導電度孔隙水，高阻也可能來自乾燥岩層或電性接觸不良。故不可只憑單一電阻率值判定滑動面。

三、以 MASW 評估坡體剪切剛度差異

1. 沿測線布設震源、檢波器及多頻道量測系統，取得地表波動資料。
2. 分析表面波頻散關係，建立相速度隨頻率變化的頻散曲線。

核心觀念

本題考查無限邊坡（infinite slope）之擬靜力分析。將水平地震力視為靜力，大小為 $kW$，並假設其方向與潛在滑動方向相同，即沿坡面向下。

採用莫爾–庫倫破壞準則：

安全係數定義為：

一、分析單位寬度土體重量

取單位坡面長度 $\ell$、單位寬度及垂直深度 $z$ 的土體。

由圖示，土體截面積為：

因此土體重量為：

潛在滑動面長度為 $\ell$，單位寬度下之滑動面面積為 $\ell$。

二、分解重量與水平地震力

取滑動面方向為切線方向，滑動方向為順坡向下。

重量 $W$ 分解為：

• 滑動方向分力：

• 滑動面法向力：

水平地震力大小為 $kW$，其方向與滑動方向相同。分解後：

• 沿滑動面方向之地震力：

• 垂直滑動面、使法向力減少之分力：

因此，總下滑力為：

整理得：

滑動面上的有效法向力為：

整理得：

三、抗滑力與安全係數

滑動面之黏聚力所提供的抗滑力為：

摩擦抗力為：

故總抗滑力為：

安全係數為：

代入前述各式：