第 一 題

「流體流經岩石節理之立方律（Cubic Law）」係指在理想狀況下，假設岩石節理為由兩平滑、乾淨且平行的平板所構成之空間，流體於其中呈層流（Laminar flow）狀態時，其體積流量（Q）與節理孔徑（Aperture, e）的三次方成正比。 特徵與物理意義包含： (1) 核心公式：基於流體力學 Navier-Stokes 方程式推導而得，公式為 $Q = \frac{\rho g W e^3}{12 \mu} J$。其中，$Q$ 為體積流量、$W$ 為節理寬度、$\rho$ 為流體密度、$g$ 為重力加速度、$e$ 為節理孔徑（張開度）、$\mu$ 為流體動力黏滯係數、$J$ 為水力梯度。其最關鍵之物理意義即為 $Q \propto e^3$。

「岩石節理粗糙度（Joint Roughness Coefficient, JRC）」係由 Barton (1973) 提出，用以量化岩體節理面起伏與粗糙程度之無因次指標。其特徵與實務應用包含： (1) 物理意義：數值範圍介於 0（完全平滑且平直）至 20（極度粗糙且起伏），數值愈大代表節理面之幾何咬合作用（Interlocking）愈強，岩體之峰值抗剪強度愈高。 (2) 代表性公式：廣泛應用於 Barton-Bandis 節理抗剪強度經驗準則中，公式為 τ = σn × tan[JRC × log10(JCS/σn) + φr] （其中 τ 為抗剪強度，σn 為有效正向應力，JCS 為節理面抗壓強度，φr 為殘餘摩擦角）。

「岩體楔型破壞（Wedge failure of rock mass）」指岩坡中被兩組（或多組）走向相交的不連續面（如節理、斷層）與邊坡面共同切割出一個楔狀岩塊，當該岩塊受重力作用，沿著兩不連續面之交線（或其中一滑動面）向坡下自由滑動的邊坡破壞模式。 其發生條件包含以下特徵： (1) 幾何條件：兩組不連續面交線之傾角（ψi）必須小於邊坡面之傾角（ψf），即 ψf > ψi，且交線的傾向必須大致出露於邊坡坡面。

「不連續面之取樣偏差（Sampling bias of discontinuities）」指在工程地質調查（如測線法 Scanline survey 或鑽孔取樣）時，因觀測線方向與不連續面之幾何相對關係，導致觀測獲得的不連續面間距、頻率或位態，無法真實反映岩體內部實際幾何特徵的系統性誤差。 其特徵與力學/幾何機制包含： (1) 盲區效應（Blind Zone Effect）：當不連續面平行於觀測線（即不連續面法線與測線夾角 θ 趨近 90°）時，被交會觀測的機率最低，極易被漏測而形成盲區；反之，互相垂直時交會機率最高。

「地質強度指標（Geological Strength Index, GSI）」為由 Hoek 等人所提出，用於評估現地岩體（Rock mass）整體強度與變形特性的地質分類系統。其特徵與應用包含： (1) 評估依據：主要藉由野外現地觀察「岩體結構（Rock mass structure，即節理發育程度與岩塊互鎖性）」及「不連續面表面條件（Surface conditions，即粗糙度、風化程度與填充物性質）」兩大地質特徵來決定。 (2) 數值意義：GSI 值介於 0 至 100 之間，數值愈高代表岩塊互鎖性愈佳、不連續面條件愈好，整體岩體品質及強度愈高；反之則愈差。

「現地應力量測之套鑽法（Overcoring）」係一種基於「應力解除（Stress Relief）」原理，用以量測岩體三維初始現地應力狀態之工程地質試驗。其物理意義與操作特徵包含： (1) 物理機制：當岩體受力平衡被打破（與母岩分離）時，原受壓岩體會產生「彈性回復（Elastic rebound）」。透過精確量測此一回復應變量，即可反推原有的現地應力狀態。 (2) 施作步驟：先於岩體鑽一小孔並安裝三維應變計（或變形計）；接著以較大口徑之鑽頭同心進行「套鑽」，使包含儀器之岩芯與母岩分離，達成應力解除；最後記錄岩芯之變形量。（註：答題時建議繪製「小孔安裝儀器」及「大孔套鑽應力解除」之幾何剖面示意圖以輔助說明）。