水文與工程地質學　申論題歷屆試題與參考架構

山坡地開發經常利用全孔開篩水位觀測井與立管式水壓計，以了解並監測坡地水文地質特性。請回答下列問題：

（一）工程實務上，常將包含崩積層與具節理之岩層全孔開篩水位觀測井內量測所得水位，當成邊坡之地下水位，請評論這個假設的適用情況與合理性。（5 分）

（二）於邊坡特定深度、上下利用蒙托土封層的立管式水壓計管內量測所得水位，其代表之意義為何？（5 分）

（三）若擬利用設置於邊坡之全孔開篩水位觀測井與立管式水壓計觀測資料，進行降雨—水位、水壓動態反應評估，需注意延遲效應。請問發生此一延遲效應主要原因為何？（5 分）

（四）如何利用全孔開篩水位觀測井與立管式水壓計觀測資料，獲得邊坡穩定有效應力分析所需孔隙水壓，以及建議做法所需之假設？（10 分）

（25 分）

一般地下水流場分析模擬，有所謂的等總水頭邊界與固定流量邊界，而不透水邊界為固定流量邊界其中一種特殊情況（垂直該邊界流量為零），請說明那些地質、地形、工程設計條件分別適合採用等總水頭邊界、固定流量邊界與不透水邊界？（25 分）

（25 分）

不連續面控制裂隙岩體力學—水力特性。野外地表與地下探查需詳細描述不連續面之位態、間距、延續性、粗糙度、壁面強度、開口寬、填充物、滲水狀況、組數以及岩塊大小，並進行統計以取得連散裂隙網絡隨機生成所需之統計資訊。請詳述不連續面位態分組、不連續面間距及不連續面延續性統計量化方式。（25 分）

（25 分）

針對控制加強型地熱（EGS）水力破裂以及二氧化碳地質封存之灌注壓力，需要進行誘發地震評估，其中所需之關鍵資訊包括岩體與斷層強度（兩者之破壞包絡線）以及灌注點之現地應力。請利用二維現地有效應力莫爾圓（假設最大與最小主應力方向分別位於垂直與水平面上）以及兩條破壞包絡線，分別說明如何評估造成岩體破壞以及沿斷層錯動（斷層位態可自行假設）所需之灌注壓力。（25 分）

（25 分）

水力特性參數是描述地層水文地質特徵的重要資訊之一，請列舉 5 個（含）以上水力特性參數，說明其意義、單位以及調查方法。（25 分）

（25 分）

請就水文地質觀點，說明碳封存場與地熱資源開發潛勢區需要具備那些條件？探勘評估階段可以採用那些方法進行地質調查？調查結果應呈現場址的那些特性？（25 分）

（25 分）

活動斷層為地質敏感區的一種類型，請問各類型活動斷層的定義分別為何？活動斷層地質敏感區劃設原則為何？活動斷層地質敏感區與斷層條帶地質圖呈現的斷層位置及延伸範圍在那些情況下可能出現差異？（25 分）

（25 分）

某地區的地形坡度陰影圖（地形坡度大用深色、坡度小用淺色呈現）及水系分布如后：

（一）請描述地形及水系特徵。（10 分）

（二）可能的地層岩性為何？請說明判釋的依據。（5 分）

（三）某道路自圖中左上方盤繞連接右下方，請依據地形、水系與地質條件，說明此道路邊坡工程地質特性，包括道路上、下邊坡可能發生山崩類型，以及道路養護可能面臨的課題。 （10 分）

（25 分）

試述下列名詞之意涵：（每小題 5 分，共 30 分）

（一）流體流經岩石節理之立方律（Cubic law for fluid flowing through rock joints）

（二）岩石節理粗糙度（Joint roughness coefficient, JRC）

（三）岩體楔型破壞（Wedge failure of rock mass）

（四）不連續面之取樣偏差（Sampling bias of discontinuities）

（五）地質強度指標（Geological strength index, GSI）

（六）現地應力量測之套鑽法（In-situ stress measurement: overcoring）

（30 分）

請計算下圖（圖一）岩心之岩石品質指標（Rock Quality Designation, RQD），並說明此段岩心所屬岩層品質等級以及 RMR 岩體評分於 RQD此項可得之評值。請注意，下圖中除水平裂縫為人為造成之外，其他均為節理。（20 分）0m 1m圖一

（20 分）

臺灣北部某工址 A 出露沉積岩，為進行工程地質模型建立而鑽設三處鑽孔 BH-1、BH-2、BH-3，坐標（E, N）分別為（0 m, 0 m） 、（20 m, 0 m）、（0 m, 50 m）（圖二 a），孔口高程則分別為 EL. 25.50 m、EL. 30.00 m、EL. 32.50。經地質師進行岩心鑑定後，找到一砂泥薄紋層指準層，若其底部分別位於 BH-1 深度 5.50 m 處、BH-2 深度 30.00 m 處、BH-3 深度12.50 m 處。

（一）請根據此三處鑽井資料計算工址層面位態。（10 分）

（二）若補充調查擬新增一鑽井 BH-4（坐標 E, N 為 10 m, 25 m、孔口高程為 27.55 m），預計於深度多深處可以鑽及此砂泥薄紋層指準層底部？（5 分）

（三）若鑽孔 BH-2 定位以手機 GPS 定位結果向東偏移 2 m（誤記 BH-2 坐標為 22 m, 0 m）（圖二 b），孔口高程高估 1 m（誤記 BH-2 孔口高程為 31.00 m），請計算傾角估計誤差。 （5 分）

（四）若於 BH-1 處（高程 EL. 25.50 m）發現一開口節理露頭，利用地質羅盤（未經磁偏角修正）獲得該節理面位態為 N50oE/45oSE，工址 A 處磁偏角為-5 度，請問此開口節理於 BH-2 處，將於高程若干處出現？（5 分）N BH-3(EL. 32.50m) 10m N BH-3(EL. 32.50m) 10m BH-4(EL. 27.55m) BH-4(EL. 27.55m) BH-1 BH-1 BH-2(EL. 31.00m) BH-2(EL. 30.00m) (EL. 25.50m) (EL. 25.50m) 定位誤差圖二 a 圖二 b

（25 分）

山坡地之邊坡穩定性，深受孔隙水壓影響，因此，監測特定位置、特定深度之孔隙水壓非常重要。工程實務通常會於關鍵位置，裝設立管式（開口式）水壓計，水壓計埋設深度之上、下利用低透水性之蒙脫土封層。下圖（圖三）為一均質、均向邊坡流線網，虛線為等總水頭線、實線為流線，假設海平面（EL. 0 m）為位置水頭為 0 之基準點：

（一）請根據該流線網評估 BH-1 於 A 處設置開口式水壓計之總水頭以及孔隙水壓，水單位重為 9.81 kN/m3。（10 分）

（二）BH-2 鑽井完成，於 B 處埋妥開口式水壓計後，水卻不斷湧出位於地表之鑽井孔口，請問原因為何？（5 分）

（三）BH-3 使用 4 英吋 PVC 管、全管開篩、管壁加濾網、管外回填粗砂濾層之水位觀測井，另外於相近位置 BH-4 之 C 處設置了開口式水壓計（水壓計附近回填粗砂濾層，上、下以蒙脫土妥善完成封層） ，銜接 1英吋的 PVC 管。結果 BH-3 之 PVC 管內常時水位面都較 BH-4 之 PVC管為高，請解釋其原因。（5 分）

（四）若 BH-4 水壓計頭銜接立管改採 2 英吋的 PVC 管，預期降雨水壓上升期間，管內水位將較採 1 英吋的 PVC 管量測到之管內水位低，請解釋其原因。（5 分）EL. 180m EL. 160m EL. 140m EL. 120m EL. 100m圖三

（25 分）