111 專技高考高等考試 大地工程技師(二) 岩石力學與隧道工程及山坡地工程（含水土保持工程） 考古題詳解

核心觀念

本題為國家考試「專技高考大地工程技師」山坡地工程與地質防災實務之經典整合題，測驗考生對坡地災害法規、遙測微地形判釋（LiDAR DEM）、邊坡破壞機制及坡地工程對策的綜合應用能力。 相關法源以命題當年（民國 111 年）法規為準，主要涵蓋：

1. 《地質法》第 5 條：主管機關應將具有特殊地質景觀、地下水補注、活動斷層、山崩與地滑等潛在災害之區域，劃定為地質敏感區。
2. 《地質敏感區劃定規範》第 5 條：明定「山崩與地滑地質敏感區」之定義與劃定基準。
3. 高精度地形判釋技術：利用空載光達（Airborne LiDAR）衍生之高解析度數值地形模型（DEM/DSM、陰影立體圖、坡度圖、開放度圖等），辨識地體活動產生的微地形特徵（如主崩崖、張裂隙、側剪裂隙、趾部隆起、波狀滑體等）。
4. 邊坡工程力學與水土保持原則：極限平衡分析觀念（安全係數 $FS = \frac{\sum R}{\sum D}$）、水文控制（地表截排水、深層盲排降低孔隙水壓）、應力重分配避忌（嚴禁趾部挖腳、嚴禁冠部堆載）、以及全生命週期安全監測。

解題方法

本題包含四個明確子問，切入架構如下：

1. 第一問（定義）：引述《地質法》及《地質敏感區劃定規範》之法定文字，精準點出「曾經發生順向坡滑動、山崩或地滑，或具發生潛勢之區域及其周圍受影響範圍」。
2. 第二問（高精度地形判釋重點）：從滑動破壞幾何特徵切入，依邊坡移動體之「頂部（冠部）」、「兩側（邊緣）」、「滑體本體（身部）」、「下緣（趾部）」及「周邊水系／植被異常」分區列舉微地形線索。
3. 第三問（劃設條件）：說明由判釋特徵轉化為法定敏感區邊界的依據，特別強調「活動性特徵」、「延伸邊界（落石、土石堆積或滑移影響範圍）」以及「安全衝擊評估」。
4. 第四問（公路邊坡工程與水土保持注意事項）：從「地質調查與穩定分析」、「排水與地下水控制（治水為先）」、「工程施工與幾何配置（避開反效應）」、「結構補強與被動防護」、「監測預警與維生管理」五大面向進行系統化陳述。

選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項可供拆解。各子題評分爭點與論述深度分析如下：

1. 第一子題（定義）：切忌僅以口語泛稱「會崩塌的地方」，必須精確點出法規定義的核心名詞（包括：已發生過、具潛勢、順向坡、以及「周圍受影響範圍」）。
2. 第二子題（判釋重點）：考驗工程地質實務經驗，不可泛泛回答「看等高線密不密集」，而應列出高精度光達圖層專屬判釋標的（如弓狀落差、拉張裂縫、側緣剪切、舌狀堆積、不規則起伏等微地形）。
3. 第三子題（劃設條件）：常犯錯誤是「把變形範圍直接等同於敏感區邊界」。正確答法必須指出敏感區劃設涵蓋「變形本體」與「周圍受影響範圍（包含冠部退縮緩衝區、崩滑堆積衝擊區）」。
4. 第四子題（工程與水保注意事項）：不可偏廢任一方，須同時兼顧坡地土木結構工程（切坡/載重禁忌、擋土錨碇）與水土保持工程（坡面排水、截水、滯洪、沖蝕防制及長期安全監測）。

解題技巧

1. 關鍵口訣記憶法：

• 邊坡變形特徵判釋：「頂部有坎又有裂，側緣剪切呈線條；滑體波狀隆起現，趾部鼓脹水系繞」。
• 坡地施工與治理鐵則：「治坡先治水、頭忌壓重、腳忌挖除、錨入穩盤、測報先行」。

2. 答題陷阱提醒：

• 劃設範圍務必寫出「及其周圍受影響範圍」，若漏掉緩衝區與影響範圍，評分會大打折扣。
• 涉及現存變形之邊坡工程，切忌盲目採用單純開挖放坡工法，必須在考卷上明確強調「避免趾部解壓（挖腳）」之大地力學禁忌。

【答案】

一、山崩與地滑地質敏感區之定義

（以命題當年民國 111 年《地質敏感區劃定規範》第 5 條之規定為準） 山崩與地滑地質敏感區係指：

1. 曾經發生順向坡滑動、山崩或地滑之區域及其周圍受影響範圍。
2. 經調查評估具地表變形特徵或崩塌潛勢，易發生順向坡滑動、山崩或地滑之區域及其周圍受影響範圍。
3. 順向坡且坡角大於岩層傾角之邊坡，其坡面及受影響之範圍。

二、利用高精度地形圖判釋地表變形範圍之重點

利用空載光達數值地形模型（LiDAR DEM）衍生之陰影圖、微地形圖及坡度圖進行判釋時，重點在於辨認滑動構造的幾何特徵與地形不連續面：

1. 頂部／冠部（Crown & Main Scarp）：

核心觀念

本題為專技高考大地工程技師（二）「山坡地工程」之經典實務綜合題，核心檢驗考生對**公路邊坡工程全生命週期管理（設施分類、巡查維護、防災應變）**之整體掌握度，涵蓋規範與法理依據如下：

1. 設施分類原則：依據交通部《公路邊坡維護管理手冊》及《水土保持技術規範》，邊坡穩定工程依機能分為「坡面保護」、「邊坡排水」、「擋土與邊坡穩定」、「落石／土石流被動防護」及「監測系統」。
2. 維護管理機制：依據公路養護循環管理（PDCA 原則），涵蓋「基礎履歷調查建檔與危險度分級」、「巡查檢測機制（定期、特別、詳細檢測）」、「維修補強對策」及「動態監測管理」。
3. 高風險地質敏感區之對策：依據《地質法》（以命題當年民國 111 年法規為準，規範土地開發與公共工程應進行基地地質調查及地質安全評估）與公路防救災標準作業程序，針對「山崩與地滑地質敏感區」且具「高交通量、高破壞衝擊」之邊坡，維護管理核心在於全自動化連續監測、降雨門檻動態預警、主動預警性封路避災，以及結構物冗餘度（Redundancy）設計。

解題方法

本題為標準三段式申論題，作答策略應採「功能導向分類法」與「系統化作業流程法」切入，層次分明：

1. 子題一（設施類別）：不可雜亂列舉工法，應按工程力學與水利功能分類（排水、護坡、支撐穩定、被動防禦、監測），並在各類下條列具體大地工程構造物名稱，展現專業工法廣度。
2. 子題二（維護管理項目與作業方法）：依養護管理時序展開，涵蓋「履歷資料庫與分級」、「平時巡查與災後特別檢測」、「維修保養與結構性補強工法」、「儀器監測與數據評估」四部曲，說明各階段之具體施作手段（如 Lift-off 殘餘拉力試驗、無人機航拍等）。
3. 子題三（高交通量鄰近地質敏感區重點）：此為高分關鍵，必須結合「高脆弱度／高暴露度（High Consequence）」及「不利地質條件（Hazard）」的風險控制理念，從地質調查掌握潛在破壞機制、智慧化即時自動監測、分級預警與交通管制 SOP（預警性封閉）、主動防禦工法設計及應變動員預置五大構面給予具體管理重點。

選項分析（命題結構與評分點剖析）

本題非選擇題，為 20～25 分之申論題型，其配分與閱卷核心採三段式給分：

1. 第一配分區塊：公路邊坡大地工程設施分類（約 30% 配分）

• 評分重點：能否有系統地將各類工法依功能歸納（避免只寫「擋土牆、地錨」等零碎名稱）。必須精確涵蓋：坡面防護、地表及地下排水、支撐擋土結構、落石防護工法、監測設施。

2. 第二配分區塊：維護管理項目與作業方法（約 35% 配分）

• 評分重點：能否區分「經常性保養」、「常態巡查／定期檢查」與「颱洪震後之特別巡查」，並明確提出大地工程特有之「詳細檢測方法」（例如地錨荷重檢測、擋土牆傾斜度、排水孔透水通暢性檢視）。

3. 第三配分區塊：高交通量鄰近地質敏感區之管理重點（約 35% 配分）

• 評分重點：能否結合實務防救災經驗。若僅泛泛回答「多巡查、多修補」無法取得高分；必須答出軟硬兼施的對策——「硬體：強化抗滑排樁/深層排水/明隧道」與「軟體：雨量降雨警戒值設定、深層地體自動化位移監測、預警性封閉與替代道路交維」。

解題技巧

1. 口訣記憶法：邊坡工法五大類可記為「排（水）、護（坡）、擋（土）、抗（錨樁）、監（測）」。
2. 名詞精確度：作答時採用標準大地工程專有名詞，如「仰斜式排水孔」、「預力地錨 Lift-off 試驗」、「地中深層傾斜管」、「降雨強度—延時（$I-D$）臨界曲線」，能顯著提高專業度與給分等級。
3. 常見陷阱：

• 陷阱一：將「坡面保護（無承受土壓力能力，如植生、噴凝土）」與「穩定抗滑構造（承受土壓力，如加勁擋土牆、地錨）」混為一談。
• 陷阱二：第三子題只著重工程整治，忽略「高交通量」代表不可承受突發中斷與人員傷亡，因此監測即時預警與行車管制SOP（軟體管理）的重要性往往高於事後搶修。

【答案】

一、公路邊坡大地工程設施之類別

公路邊坡大地工程設施依其力學機能與防治目的，主要分為以下五大類別：

1. 邊坡排水設施

• 地表排水：坡頂截水溝（天溝）、坡面縱向與橫向排水溝、坡腳消能池、集水井與跌水工，用以快速排除地表逕流，防止逕流沖蝕坡面。
• 地下排水：仰斜式排水孔（穿孔 PVC 管包裹透水織布）、盲段水平排水管、深層集水井、集水廊道，用以消散邊坡深層與淺層孔隙水壓力，降低地下水位。

2. 坡面保護設施（非承載結構）

• 植生綠化工法：客土噴植、植生網／毯、植生包、框配植生，利用植物根系抓固表土並阻隔雨水直接沖蝕。
• 被覆防護工法：噴凝土（含鋼線網）、石籠護坡、預鑄混凝土格梁護坡（未打錨），用以隔絕母岩風化與雨水滲刷。

3. 擋土與邊坡穩定設施（承載抗滑結構）

核心觀念

本題評量工程師面對重大道路邊坡災害時的「防救災應變管理能力」與「大地工程復建設計能力」。核心觀念依循邊坡防災與工程治理三大階段架構：「緊急應變（初級保全與交通控管） $\to$ 搶通搶修（短期臨時防護與通車） $\to$ 永久復建（成因調查、穩定分析與工程整治）」。

涉及規範與理論依據：

1. 法規與手冊依據：公路局《公路養護手冊》、《公路防災標準作業程序》、行政院《災害防救法》及《水土保持技術規範》（以命題當年民國 111 年規定為準）。
2. 邊坡力學機制：邊坡安全係數定義為抗滑力矩（或剪應力強度）與下滑力矩（或剪應力）之比值： $FS = \frac{\sum R}{\sum T}$ 崩塌量達數千立方公尺屬於中大型邊坡破壞，盲目自坡腳清除土石將解除抗滑被動土壓力，誘發上邊坡二次滑動；水（孔隙水壓及地表逕流）常為引發崩塌之主要誘因，各階段處置皆以「排水與防滲」為核心原則。

解題方法

本題為典型情境分析與申論題型，答題架構應以「時間軸（應變 $\to$ 搶修 $\to$ 復建）」為主軸，並扣合「交通量大之重要道路」與「崩塌量體數千立方公尺」兩大關鍵邊界條件：

1. 應變對策：首重人命安全與交通阻斷引導，嚴防二次災害，建立即時警戒監測機制。
2. 搶修對策：評估邊坡殘餘穩定性，避免不當清土引發更大崩塌，採「上方卸載、下方防護、地表截水、戒護通行」策略恢復單線雙向或臨時通行。
3. 復建對策：透過詳細地質調查與數值／極限平衡分析，查明滑動機制（順向坡滑移、落石崩塌或弧形圓弧滑動），採綜合工法（治水、削坡、支擋、加固、生態景觀）達到永久安全標準。

選項分析

本題為申論題，無選項分析。

解題技巧

1. 切忌落入「立即全面挖除土石」的直覺陷阱：數千立方公尺的滑動量，若坡頂仍有張裂縫或未穩定岩土，貿然清理下邊坡堆積土（坡腳荷重）會立即降低抗滑力，造成機具與人員受災。答題時務必強調「先評估頂部與坡面穩定、設置防護阻隔，再行清理」。
2. 答題結構化：使用層次清晰的標題（壹、貳、參），各階段明確劃分「目的、行動作為、工程手段、監測機制」，並以大地工程專有名詞展現專業度（如：消能落石網、背壓坡腳、自進式岩錨、預力地錨、孔隙水壓計）。

【答案】

針對交通量大之重要道路上邊坡發生數千立方公尺崩塌阻斷交通之災情，處置架構分為「災害應變階段」、「搶通搶修階段」及「後續永久復建對策」，具體說明如下：

壹、災害應變階段（立即處置與安全保全）

災害發生初期首重「人員安全」與「避免二次災害擴大」：

1. 交通管制與替代道路疏導

• 全面封閉管制：於崩塌地點前後安全距離（考量落石飛擲範圍）設置警示設施與阻絕圍籬，派駐保全人員進行全天候交通管制。
• 資訊發布與疏導：啟動道路資訊可變標誌（CMS）、公路廣播（警廣）與社群通報機制，導引車流改走預先規劃之替代道路，降低交通衝擊。

2. 現場搜救與二次災害防範

• 清查受困人車與管線：配合消防搜救單位進行熱顯像儀或生命探測儀搜索，確認無人車遭掩埋；聯繫電力、自來水、電信等管線單位辦理緊急斷電與管線斷離。
• 上邊坡安全觀察與緊急警戒：指派資深大地／地質工程人員踏勘坡頂與兩側，檢視是否存在張裂縫、孤石懸岩、湧水噴砂等再次崩塌徵兆；於作業區周邊設置全測站儀（Total Station）或即時傾斜計監控，並指定觀測哨與緊急撤離蜂鳴警報。

貳、搶修及臨時通車對策（短期功能恢復）

崩塌體達數千立方公尺，清除土石必須配合力學穩定評估，兼顧通行需求與施工安全：

核心觀念

本題主要測驗大地工程與隧道工程中「地盤分類及其力學行為」、「開挖穩定機制」與「工法選定原則」三大核心概念：

1. 地盤自持力與時間效應（Stand-up Time）：依據 Lauffer 及 Bieniawski 之概念，未支撐岩體與土體之無支撐跨徑與自持時間直接決定了開挖面穩定性與支撐閉合時機。
2. 開挖面破壞機制與變形行為：

• 砂泥土層：受有效應力控制，易受動水剪力與滲流破壞影響，沉陷槽（Settlement Trough）發展顯著。
• 卵礫石層：膠結弱、透水係數極高且粒徑極不均勻，開挖面易產生解體崩塌（Ravelling/Caving），且巨礫（Boulder）對掘進機具有高磨耗性與阻塞性。
• 岩層：受不連續面（節理、層理、剪裂帶）及地應力狀態主導，破壞模式包括塊體滑落（Wedge Failure）、塑性擠壓（Squeezing）或脆性岩爆（Rockburst）。

3. 支撐力學原理與工法配置：軟弱地盤重「閉合剛性防護與地層改良」，均質/堅硬岩盤重「善用圍岩本身承載力的新奧工法（NATM）主動支撐」或「TBM 機械化全斷面快速開挖」。

解題方法

本題為典型的申論比較題，作答策略應採「先橫向矩陣對比特性異同，再縱向深入論述代表工法」，結構明晰且層次分明。

一、砂泥地層、卵礫石層與岩層之隧道工程特性異同比較

二、常見施工法及其適用性說明

1. 一般砂泥地層之常見施工法

都會區淺埋砂泥地層隧道，以嚴格抑制地層流失（Ground Loss）與控制地表沉陷為主要目標：

• 潛盾工法（Shield Tunneling Method）：
• 土壓平衡潛盾機（EPB Shield）：利用開挖土苞艙（Plenum）內的塑性泥土維持開挖面土壓平衡，適用於粉土質砂土或高塑性黏土。
• 泥水加壓潛盾機（Slurry Shield）：透過加壓膨潤土泥漿在開挖面形成泥膜（Filter Cake）以平衡側向水土壓力，出土採管線泥水輸送，特別適用於透水砂層。
• 特點：開挖與預鑄混凝土襯砌（Segments）安裝、背填灌漿（Backfill Grouting）一體化完成，對周邊地表沉陷控制最佳。
• 新奧工法（NATM）配合輔助地盤改良工法：
• 於斷面開挖前，必須先以輔助工法強化開挖面自持力，常見包括：深井點（Deep Well）降水、地盤灌漿（化學灌漿、高壓噴射灌漿 Jet Grouting）、長距超前管幕（Pipe Roofing）或前進小導管（Forepoling）。
• 開挖後立即閉合施作初支噴凝土（Shotcrete）與仰拱（Invert），以形成封閉環抵抗土壓。
• 明挖覆蓋工法（Cut-and-Cover Method）：
• 適用於超淺埋、車站或起訖引道段，配合連續壁（Diaphragm Wall）及鋼支撐系統。

2. 卵礫石層之常見施工法

卵礫石層主要問題為巨礫阻擋、高磨耗性及自持力極差：

• 改良型潛盾工法（Cobble/Boulder Shield）：
• 機頭刀盤配置複合型盤形滾刀（Disc Cutters）以破裂漂石，並搭配撕裂刀（Rippers）；刀盤開口率適度加大。

核心觀念

本題考查都會區地下捷運隧道與附屬地下結構物之地質調查工程規劃，涉及「大地工程調查規範」、「潛盾工法（Shield Tunneling）」與「聯絡道（Cross Passage）暗挖工法」之交互影響，法規與技術依據以命題當年（民國 111 年）適用之《建築物基礎構造設計規範》（地質調查章節）、《捷運工程土木設計手冊》及《公共工程地質調查作業指引》為基準。

本題之關鍵工程地質特徵與力學難題包括：

1. 複合地層（Mixed-Face Ground）問題：北側出發井土岩界面位於深度 $12\text{ m}$，南側到達井位於 $22\text{ m}$，而隧道中心深度在 $18 \sim 28\text{ m}$（設隧道外徑 $D \approx 6.0 \sim 6.3\text{ m}$，隧道頂仰拱高程涵蓋深度約 $15 \sim 31\text{ m}$）。代表隧道在南段或中段將穿越「上土（砂土、卵礫石）下岩（風化岩）」之土岩複合界面。複合地層開挖易造成刀盤受力不均偏位、開挖面局部崩塌及嚴重超挖沉陷。
2. 卵礫石層與高磨耗性問題：卵礫石之粒徑分布、強度及石英含量直接影響潛盾機刀盤（滾刀與刮刀配置）選型、泥水壓/土壓平衡控制及刀具磨損量。
3. 聯絡道開挖之地盤改良與地下水問題：聯絡道多採人工或小型機具暗挖，位處深層承壓含水層或砂礫層時極易發生湧水湧砂，必須針對防滲與地盤改良（如灌漿工法、凍結工法）取得精確的水理與力學參數。
4. 鑽孔封孔與軸線避讓：鑽孔若直接落於隧道切削輪廓內且回填不良，潛盾機推進時易形成高壓漏水、噴湧或漏漿通道。

解題方法

規劃本案調查計畫應採取「線形工程分段控制＋關鍵節點加密」的切入思維，依循以下步驟系統化推導：

1. 幾何尺寸分析：

• 隧道長度 $L = 2.0\text{ km} = 2000\text{ m}$。
• 隧道外徑以標準單圓單線捷運推算取 $D = 6.2\text{ m}$，隧道斷面上下緣深度界於 $15\text{ m} \sim 31.5\text{ m}$。
• 依防火法規（如 NFPA 130 及捷運技術規範），雙孔隧道間隔約 $200 \sim 300\text{ m}$ 需設置一處聯絡道，故 $2\text{ km}$ 區段約需設置 $6 \sim 8$ 座聯絡道。

2. 孔數與孔距界定：一般平緩土層鑽孔間距建議為 $80 \sim 100\text{ m}$，但本案具卵礫石及土岩交界劇烈起伏等複雜地層條件，主線間距應加密至 $50 \sim 60\text{ m}$，且於工作井及聯絡道額外配置專用鑽孔。
3. 終孔深度界定：依規範，隧道鑽探深度應達隧道仰拱底（Invert）以下至少 $1.5D \sim 2.0D$（約 $10 \sim 12\text{ m}$），或貫入堅實未風化岩盤一定深度，以利評估基底承載、潛盾機下沉及底部承壓湧水破壞。
4. 取樣與試驗配套：針對表層回填土/砂土、深層卵礫石層、風化岩盤設計不同之鑽進取樣工具（薄管、雙管/三管岩心管、大口徑取樣），並配置相應之原位透水、波速試驗與室內磨損（CAI）、強度變形試驗。

選項分析

本題為非選擇題（申論規劃題）。在擬定地質調查計畫時，應針對下列三大核心工程挑戰逐項提出具體應對規劃：

• 挑戰一：土岩複合界面分布（Mixed Face）
• 分析：隧道中心深度 $18 \sim 28\text{ m}$，北側工作井岩面高（$12\text{ m}$），隧道全在岩層；南側工作井岩面低（$22\text{ m}$），隧道上半部為土層/卵礫石、下半部為岩層。若未查明沿線岩面傾斜走勢與起伏，將導致潛盾機推進失控。鑽探佈置必須於界線變化段加密，查明土岩界線等高線圖。
• 挑戰二：潛盾機切削刀具磨損與排土
• 分析：風化岩及卵礫石層對刀具磨損極大。室內試驗不能僅做傳統三軸或單壓試驗，必須納入岩石磨蝕性指數（CAI）、石英含量（薄片分析）與卵礫石單軸抗壓強度，做為潛盾機（TBM）刀盤驅動力、滾刀（Disc Cutter）及刮刀配置之設計依據。
• 挑戰三：聯絡道無遮蔽開挖（Cross Passage）
• 分析：聯絡道無法使用潛盾機外殼保護，必須直接破管片開挖。地層若為透水卵礫石層且具高水頭，極易崩塌破壞。地質調查必須針對聯絡道位置量測原位透水係數（$k$）與靜止水頭，以評估是否具備藥劑灌漿或冰凍工法（Ground Freezing）條件。

解題技巧

1. 鑽孔佈局切忌「正對隧道中心線」：考生答題時務必強調「交錯佈置在雙線隧道外側或兩線中央夾距中」，並明確要求「採用膨脹微收縮水泥膨潤土漿由孔底以輸漿管由下而上逆灌封孔」，展現具備現場施工風險防範的高級技師思維。
2. 鑽孔深度不是「鑽到隧道仰拱即可」：答題時公式化寫出 $H_{\text{bottom}} = H_{\text{invert}} + (1.5 \sim 2.0)D$，並加上「如遇風化破碎岩層，須貫入基盤至少 $3 \sim 5\text{ m}$」。
3. 取樣工法切合地層特性：遇軟弱土用薄管、砂土用劈管（SPT）、礫石層用大口徑衝擊或特殊礫石取樣器、岩層強制要求「三管岩心管（Triple-tube Core Barrel）」以保證 RQD 與回收率。

【答案】

一、鑽探孔數、深度與孔位佈置規劃

1. 鑽探孔數推算：

• 主線隧道鑽孔：全長 $2.0\text{ km}$，考量土岩界面由北至南由 $12\text{ m}$ 變深至 $22\text{ m}$，屬地層橫向變異劇烈之複合地層區，一般孔距採 $50 \sim 60\text{ m}$，主線配置約 $35 \sim 40$ 孔。
• 聯絡道專用孔：全線依規範預計設有 $7$ 處聯絡道（每 $250 \sim 300\text{ m}$ 一處），每處聯絡道於上、下行隧道中間增設 $1$ 孔專用孔，計 $7$ 孔。
• 出發井與到達井：兩端工作井開挖深、面積大，除既有孔外，出發井與到達井各配置 $2$ 孔，作為破洞面地盤改良與擋土設計檢核，計 $4$ 孔。

核心觀念

本題旨在評量工程師對於**經驗性岩體分類系統（Empirical Rock Mass Classification Systems）**之理論架構、參數組成及工程適用性的掌握度，並檢驗能否將學理結合臺灣本土特殊地質構造進行工程實務判斷。

1. 岩體分類法之核心目的： 將地質調查、鑽探取芯與現地試驗獲得之定性與定量參數，整合為單一指標，以定量化評估開挖變形、預估岩體力學參數（變形模數 $E_m$、剪力強度參數 $c_m, \phi_m$），並提供隧道支撐（如噴凝土、岩栓、鋼拱）之經驗設計基準。
2. 三種主流岩體分類系統：

• RMR 系統（Rock Mass Rating, Bieniawski, 1989）：加法型評分系統，以單軸抗壓強度、RQD、節理間距、節理狀況、地下水條件等 5 大參數為基礎，搭配弱面方位修正評分。
• $Q$ 系統（Rock Tunnelling Quality Index, Barton et al., 1974）：乘除比值型對數系統，由塊體大小、塊體間剪力強度、原岩主動應力等 3 個商數（共 6 個參數）組成： $Q = \left( \frac{\text{RQD}}{J_n} \right) \times \left( \frac{J_r}{J_a} \right) \times \left( \frac{J_w}{\text{SRF}} \right)$
• GSI 系統（Geological Strength Index, Hoek et al., 1995）：專門銜接廣義 Hoek-Brown 破壞準則之定性／半定量指標，以「岩體結構嵌合程度（Structure）」與「不連續面表面品質（Surface Conditions）」為二維矩陣進行查表評估。

3. 臺灣本土特殊地層之工程地質極限：

• 變質岩之顯著葉理與各向異性（大南澳片岩）。
• 極軟岩之泥化、崩解與低強度特徵（古亭坑層）。
• 雙相非均質巨塊－基質混合岩體（Block-in-Matrix Rocks, BIMRocks；都巒山層角礫岩）。

解題方法

本題為申論題，採「系統化架構定義 $\to$ 矩陣式異同比較 $\to$ 本土特殊地質實務應用」三階段推進：

1. 第一部分：定義 3 種分類法：具體列出 RMR、$Q$ 系統與 GSI，清楚列出各系統之計算架構、關鍵參數與評分範圍。
2. 第二部分：比較異同：

• 相同點：歸納各法對於岩塊強度、弱面特性（粗糙度、風化、充填）及破碎程度之共同關注。
• 相異點：從評分計算法（加法 vs. 比值乘除 vs. 矩陣查表）、應力效應（SRF 項）、不連續面方向性（幾何扣分 vs. 假設等向性）等維度切入，並以比較表呈現。

3. 第三部分：針對 3 種地層論述應用性：

• 針對地層的「材料本構特性」比對分類法的「基本假設前提」，指出各分類法的盲點、適用限制與修正因應措施。

選項分析

本題為專技高考之申論題型，無單選選項。針對題目的評分構件剖析如下：

• 列舉分類法：選取國際與臺灣工程界最通用的 RMR、$Q$、GSI 為最佳組合，最具比較縱深。
• 異同比較：切忌流水帳式敘述，必須聚焦於「地應力考量」、「方向各向異性」、「地下水影響」與「結構評分架構」之本質差異。
• 地層應用性：
• 大南澳片岩：考點在於「各向異性（Anisotropy）」與「深部擠壓變形（Squeezing）」，檢驗分類法能否反映片理幾何位態。
• 古亭坑層：考點在於「極軟岩（Weak Rock）」與「浸水泥化崩解（Slaking）」，檢驗以節理為核心的分類法是否適用於泥岩。
• 都巒山層角礫岩：考點在於「雙相介質（BIMRock）」之取樣偏誤與力學不均質性，檢驗分類法如何評定軟硬互混材料。

解題技巧

1. 破除萬靈丹心態：各岩體分類法初始設計多奠基於「堅硬至中硬、節理網絡發育、大致等向」之岩體。在論述本土極端地質時，強調「局限性與修正方式」是奪取高分的關鍵。
2. 公式與物理意義結合：寫出 $Q$ 系統時，務必標示出三個括號的物理意義（塊體尺寸、塊體間摩擦力、主動應力狀態），展現力學觀念深度。
3. 在地化專業名詞精確：

• 大南澳片岩：片理（Schistosity）、順褶皺剪切帶、各向異性。
• 古亭坑層：極軟岩、耐崩解性（Slake Durability）、膨脹性、假性黏聚力。
• 都巒山層角礫岩：BIMRock、塊體體積百分比（Volumetric Block Proportion, VBP）、基質（Matrix）。

【答案】

一、三種岩體分類法概述

1. 岩體評分法（Rock Mass Rating, RMR 系統；Bieniawski, 1989）

RMR 系統採用線性加法計分，總分範圍為 $0 \sim 100$，依得分將岩體分為五級（Very Poor 至 Very Good）。系統評估指標共包含 6 項：

1. 完整岩石單軸抗壓強度（UCS）。
2. 岩石品質指標（RQD）。
3. 不連續面間距（Spacing）。
4. 不連續面狀況（包含張開度、粗糙度、風化程度、充填物與延伸長度）。
5. 地下水狀況（流入量或孔隙水壓比值）。
6. 不連續面走向與傾角相對於開挖軸向之方位修正值（調整評分）。

2. 挪威岩體品質指數（$Q$ 系統；Barton et al., 1974）

$Q$ 系統採用連乘除式之比值架構，數值範圍為 $0.001 \sim 1000$（對數尺度分級），依計算值將岩體區分為極差至極佳等九個等級。其計算公式由三個具明確物理意義之商數構成： $Q = \left( \frac{\text{RQD}}{J_n} \right) \times \left( \frac{J_r}{J_a} \right) \times \left( \frac{J_w}{\text{SRF}} \right)$

• $\frac{\text{RQD}}{J_n}$：代表塊體尺寸（Block Size），其中 $J_n$ 為節理組數因子。
• $\frac{J_r}{J_a}$：代表塊體間剪力強度（Inter-block Shear Strength），其中 $J_r$ 為節理粗糙度因子，$J_a$ 為節理換質／充填因子。

核心觀念

本題考查赤平投影上的運動學分析：將不連續面、邊坡面及不連續面交線畫在同一張立體投影圖上，再依幾何條件判斷平面滑動、楔形破壞與傾倒破壞。

判斷時使用以下條件：

• 平面滑動：不連續面傾向與坡面傾向大致相同；不連續面傾角小於坡面傾角、能在坡面出露，且大於視摩擦角。
• 楔形破壞：兩不連續面的交線朝向坡面、可在坡面出露，且交線俯角大於視摩擦角。
• 傾倒破壞：不連續面傾向坡內，且其走向大致平行坡面走向；岩塊向坡外傾倒。

題目給定直橫比為垂直：水平 $=1:0.3$，因此坡面傾角為

三組不連續面的傾角皆小於坡面傾角，具備出露的幾何條件；但能否滑動仍須檢查傾向、交線方向與摩擦角。

解題方法與立體投影繪圖

以下方位角以正北為 $0^\circ$、順時針增加。依題示走向與傾向，三組面的傾向方位角分別為：

（一）不連續面大圓

在下半球等角立體投影上，先依各面的走向定位，再將各面傾角投至大圓；可分別標出 $J_1$、$J_2$、$J_3$。同時標記各面的極點，方便後續判斷。

（二）公路左側坡面大圓

公路方位由東向南順時針轉動，令公路行進方位角為 $\theta$。左側坡面朝向公路行進方向的左方，因此坡面傾向為

公路由東向東南再向南時，左側坡面傾向約由北轉向東；題目要求的東西向、東南向、南北向，可分別以坡面傾向約 $000^\circ$、$045^\circ$、$090^\circ$，坡角皆為 $73.3^\circ$，繪出三個大圓。

右側坡面傾向與左側相反，即 $\alpha_R=\theta+90^\circ$（方位角以 $360^\circ$ 取餘數）。例如公路朝東南向、方位約 $135^\circ$ 時，左側坡面朝約 $045^\circ$，右側坡面朝約 $225^\circ$。

（三）交線方向

將每一對不連續面大圓的交點連成交線，從立體投影讀取交線趨勢與俯角。三組交線約為：