109 專技高考高等考試 大地工程技師 工程地質與工址調查 考古題詳解

核心觀念

本題考查地質構造面的方位描述。**走向（strike）與傾角（dip）**共同描述一個平面在空間中的姿態；**傾向（dip direction）**指出平面向下傾斜的水平方位；**視傾角（apparent dip）**則是平面在非最大傾斜剖面上的表觀傾斜角。

解題方法與名詞說明

以下以一個傾斜地層面為例，先在水平面上定出走向與傾向，再比較真傾角和不同剖面上的視傾角。

（一）Strike：走向

平面與水平面的交線稱為走向線；走向是這條線的水平方位，通常以方位角表示。走向線有兩個相反方向，因此走向可用相差 $180^\circ$ 的兩個方位表示，例如 $045^\circ$ 與 $225^\circ$。

（二）Dip：傾角

傾角是地質面沿最大坡降方向，相對於水平面的夾角，範圍為 $0^\circ$ 至 $90^\circ$。它是地質面本身的最大傾斜角，也稱真傾角。

（三）Dip direction：傾向

傾向是地質面向下傾斜方向的水平方位角。傾向與走向垂直，且只指向下坡的一側。例如走向為 $045^\circ$／$225^\circ$ 時，傾向可為 $135^\circ$ 或 $315^\circ$，實際方向由地層面向下傾斜的一側決定。

（四）Apparent dip：視傾角

視傾角是地質面與水平面在某一指定垂直剖面上的交線，和水平線所夾的角。除非剖面方向與傾向一致，否則視傾角小於真傾角；剖面平行走向時，視傾角為 $0^\circ$。

示意圖

下圖的水平視圖用於表示走向、傾向及剖面方位；垂直剖面圖則比較真傾角與視傾角。圖形為概念示意，非比例繪製。

水平視圖（平面方位）

 北 N
 ↑
 │ 傾向 D
 │ ↘
 走向 S ───┼───────
 │ ↙
 │ 傾斜面在水平面的投影方向
 │
 └────────→
 剖面方向 A
 S 與 D 垂直

垂直剖面（沿指定剖面方向 A）

 高程 z
 ↑
 │ 水平線
 │ ─────────────────
 │ ╲ 真傾角 δ
 │ ╲
 │ ╲ 地質面
 │ ╲
 │ ╲
 │ 視傾角 α
 └────────────────────→ 水平距離 x

核心觀念

本題考查斷層面的幾何位置，以及依斷層兩側的相對位移分類。判斷正斷層或逆斷層時，應比較上盤相對於下盤的垂直位移；走向滑移斷層則以兩盤沿斷層走向的相對位移為主。

上盤與下盤

斷層面是岩體發生相對位移的破裂面。以斷層面為界：

• 上盤（hanging wall）：位於斷層面上方的岩體。
• 下盤（footwall）：位於斷層面下方的岩體。

可用斜切岩層的斷層面示意如下：

 上盤
 ↘ 相對下移（正斷層）
 ／
 ／ 斷層面
────────／──────── 地表
 ／
 ／
 下盤

「上盤」與「下盤」是依斷層面的上下位置命名，不能直接理解為地形上的高處與低處；斷層面近乎垂直時，通常不以這組名稱作主要判別。

解題方法與斷層分類

先辨認斷層面兩側的岩體，再以上盤相對下盤的位移方向分類：

正斷層

正斷層是上盤相對下盤向下移動的斷層。它常形成於地殼受張、岩體伸展變薄的環境；伸張使斷層兩側沿斷層面錯動，上盤下降。常見於張裂構造或地塹、地壘等伸展構造區。

核心觀念

本題考查岩土工程調查中常見的現地試驗、岩體分類指標、專業組織，以及岩體不連續面描述參數。作答時，除寫出英文全文外，還要說明各名詞代表的工程資訊，以及它們如何用於地層判釋、岩體評級、設計或施工評估。

解題方法

依「英文全文—定義—工程應用」逐項作答。注意幾個容易混淆的地方：

• SPT 是土層現地貫入試驗；其 $N$ 值是貫入阻抗指標。
• RMR 是岩體分類系統，會綜合多項岩體條件評級。
• RQD 是岩心品質指標，使用長度大於或等於 $10\text{ cm}$ 的完整岩心段計算。
• JRC 描述節理面的粗糙程度，會影響節理剪力強度。
• ISRM 是國際專業學會，與岩石力學試驗及術語建議方法的建立有關。

各名詞說明

（一）SPT

英文全文： Standard Penetration Test，標準貫入試驗。

定義與原理： 在鑽孔中以標準規格的分裂式取樣器貫入土層，記錄錘擊數與貫入量。常見操作方式是先貫入 $15\text{ cm}$ 作為預打段，再記錄後續兩段各 $15\text{ cm}$ 的錘擊數；後兩段錘擊數的總和為標準貫入阻抗 $N$ 值：

其中 $N_2$、$N_3$ 分別是第二、第三個 $15\text{ cm}$ 貫入段所需的錘擊數。

工程應用與重要性： SPT 可在鑽探過程中取得擾動土樣，並提供土層貫入阻抗的現地指標。$N$ 值常用於判斷砂土相對密度、黏性土稠度，並透過經驗關係估算地盤承載、沉陷及液化評估所需參數。解讀時須注意能量、鑽桿長度、孔徑及取樣器等因素會影響測值，應依用途採用相應修正值。

（二）RMR

英文全文： Rock Mass Rating，岩體評分系統，亦稱岩體評級系統。

定義與原理： RMR 是一種岩體工程分類方法，將岩體多項特徵轉換為評分後加總。常見的 Bieniawski RMR 系統考量：

1. 完整岩石單軸抗壓強度；
2. 岩石品質指標 RQD；
3. 不連續面間距；
4. 不連續面狀況；
5. 地下水狀況；
6. 不連續面方向對工程面的影響。

前五項評分可形成基本 RMR，再依不連續面方向對特定工程的影響作調整。各版評分表的細節可能不同，實務上應註明採用的版本。

工程應用與重要性： RMR 可用於隧道、邊坡與岩石地基的岩體分區及品質比較，並支援初步支撐設計、施工方法選擇和工程行為評估。它是經驗性分類工具，應與地質調查、試驗及工程分析共同使用。

（三）ISRM

英文全文： International Society for Rock Mechanics and Rock Engineering，國際岩石力學與岩石工程學會。

定義與原理： ISRM 是岩石力學與岩石工程領域的國際專業學會。其重要工作之一，是提出岩石材料與岩體相關的建議試驗方法、描述方式及術語，以提升不同調查與試驗結果之間的一致性。

工程應用與重要性： 工程地質調查常需測定岩石強度、節理特性、岩心品質及岩體結構。

核心觀念

原位應力（in-situ stress，又稱地應力或岩體應力），是岩體在未受開挖擾動前，於地下特定位置所承受的應力狀態。應力來源包括上覆岩層自重、板塊構造作用、地形與地質構造、岩體冷卻或膨脹，以及地下水壓等。

三維一點的應力狀態可用應力張量表示：

其中對角項為正向應力，非對角項為剪應力；此張量具有六個獨立分量，也可用三個主應力大小及其方向描述。岩體常見的主要主應力為最大、次大及最小主應力 $\sigma_1,\sigma_2,\sigma_3$。地下水存在時，分析有效應力可採用：

其中 $u$ 為孔隙水壓，$\mathbf{I}$ 為單位張量。

解題方法

本題屬於觀念與方法題，作答宜依序說明「定義與表示方式、工程重要性、主要量測方法及其程序」。量測方法須同時交代基本原理和操作步驟，並指出各方法可取得的應力資訊與適用特性。

原位應力的重要性

1. 影響開挖穩定：隧道、地下洞室、礦坑及深開挖會改變原有應力分布；若應力集中超過岩體強度，可能造成剝落、岩爆、剪裂或大變形。
2. 控制支撐與襯砌設計：原位應力大小、方向及應力比會影響圍岩變形、塑性區範圍、支撐受力與襯砌需求。
3. 影響邊坡與基礎工程：應力狀態與岩層方向、節理及斷層共同作用，影響岩坡滑動、壩基穩定及岩盤承載行為。
4. 掌握水力與破裂行為：原位應力會影響裂隙張開、地下水流動及水力劈裂方向，對水庫、隧道、地熱與油氣工程均有影響。
5. 提供分析與設計的初始條件：數值分析若未合理設定初始應力場，開挖後的應力重分布與變形預測便可能失真。

量測原位應力的方法及程序

一、應力解除法／超額取心法（overcoring）

此法量測岩體解除原有應力後產生的應變，再利用岩石的彈性參數反算原應力；透過適當配置的應變計，可求得完整三維應力狀態。

典型程序：

1. 鑽至預定深度與測點，於岩壁或小直徑先導孔安裝應變計（例如多向應變計或中空包埋式應變計）。
2. 記錄應變計初始讀數，確認黏結、孔壁狀況及儀器正常。
3. 以較大直徑鑽具從外圍取心，使測點附近岩芯逐步與周圍岩體隔離、解除應力。
4. 連續記錄解除過程中的應變變化；岩芯完全取出後，整理解除應變資料。
5. 配合岩石彈性模數、卜松比及必要的各向異性資料，依儀器配置與彈性理論反算應力分量，再求主應力大小與方向。

此法可取得較完整的三維應力資料，但量測範圍局部，結果受岩石不均質、節理、各向異性、孔壁品質及應變計安裝品質影響。

二、水力壓裂法（hydraulic fracturing）

核心觀念

本題考查工程地質的基本名詞與成因判別，包含褶皺、岩體不連續面、地表作用、地震波探測法，以及板塊邊界的相對運動。作答時須先準確翻譯各名詞，再從幾何形態、是否有位移、作用機制、波的傳播特性或板塊運動方向說明差異。

解題方法

每組名詞可用同一套比較方式作答：先下定義，再指出兩者最關鍵的判別標準，最後補充常見地質特徵或工程用途。以下依此逐組說明。

（一）syncline；anticline

• syncline：向斜。 岩層向褶皺軸部彎曲成槽狀的褶皺；在正常地層層序未倒轉時，較年輕岩層位於軸部。
• anticline：背斜。 岩層向上拱起成弧狀的褶皺；在正常地層層序未倒轉時，較老岩層位於軸部。

差異： 向斜呈槽狀、正常層序下軸部岩層較年輕；背斜呈拱狀、軸部岩層較老。褶皺的名稱依岩層形態與層序判定，不能只憑地形表面的高低判斷，因為侵蝕作用可能使背斜形成谷地、向斜形成山脊。

（二）fault；joint

• fault：斷層。 岩體沿破裂面發生可辨識相對位移的不連續面。
• joint：節理。 岩體中的裂隙或破裂面，兩側沒有可辨識的相對位移。

差異： 判別關鍵是破裂面兩側有沒有相對位移；有位移為斷層，無可辨識位移為節理。兩者皆屬岩體不連續面，也都會影響岩體強度、滲透性及工程開挖穩定性，但斷層常伴隨破碎帶或擦痕，對工程地質條件的影響通常更顯著。

（三）erosion；weathering

• erosion：侵蝕作用。 岩石或土壤受水、風、冰川或重力等作用而被剝蝕、搬運，並移離原處的過程。
• weathering：風化作用。 岩石在地表或近地表受物理、化學或生物作用而分解、變質，通常不涉及物質的搬運。

差異： 風化是原地的分解或變質；侵蝕則包括剝蝕與搬運。風化產生的碎屑可再被流水、風或冰川搬走，因而先風化、後侵蝕是常見的地表作用順序。作答時應避免把「岩石破碎」一概稱為侵蝕：若碎屑仍留在原處，屬風化；若被搬離，則涉及侵蝕。

（四）seismic reflection method；seismic refraction method

• seismic reflection method：地震反射法。 由震源產生地震波，量測波在地下不同地層界面反射後返回地表的到時，據以推估地層界面的深度與形態。
• **seismic refraction method：地震折射法。

核心觀念

本題考的是地震規模與地震震度的差別，以及民國 109 年起新制震度分級如何改善高震度資訊與災害程度的對應。

• 地震規模描述地震釋放能量的大小；同一個地震通常只有一個規模值。
• 地震震度描述某一地點實際感受到的地表振動強弱；同一個地震在不同地點可有不同震度。
• 地動加速度常以最大地動加速度（PGA）表示，單位為 $\mathrm{cm/s^2}$，亦稱 $\mathrm{gal}$；地動速度常以最大地動速度（PGV）表示，單位為 $\mathrm{cm/s}$。

解題方法

依序比較新舊制的級數、分級依據與計算方式，再說明修訂是為了讓震度更能反映災情、協助救災應變。

一、新舊分級的差異

新制 5 級以上依 PGV 劃分的主要區間為：5弱約 $15$ 至 $30\ \mathrm{cm/s}$、5強約 $30$ 至 $50\ \mathrm{cm/s}$、6弱約 $50$ 至 $80\ \mathrm{cm/s}$、6強約 $80$ 至