台灣中北部軟弱岩石特性

國內有關臺灣中北部軟弱岩石之物理及力學性質之研究成果，茲 彙整說明如下：

1. 物理性質方面：

卿建業(1995)蒐集臺灣一些岩石之單壓強度試驗資料(如表 2. 2 所示)，提出國內不分地層之軟弱岩石單位重約介於 2.0~2.6 g/cm³之 間。

頭嵙山層泥岩之物理性質由林銘郎及林煜卿(1998)彙整提出其 比重介於 2.56~2.75，單位重介於 1.92~2.2 g/cm³ 間，孔隙比約介於 0.26~0.38，粉土顆粒占 38~72 %，黏土顆粒占 13~60 %；林景民(2001) 對頭嵙山層之泥質粉砂岩研究顯示，比重約為 2.64，單位重約 1.87g/cm³，孔隙比約介於 0.32~0.41，含水量約 0.7~3.3 %；頭嵙山層 砂岩之物理性質彙整林景民(2001)、洪任賢(2002)及經濟部水利署中 區水資源局寶二水庫蓄水後邊坡穩定性研究報告(2002)，其比重約為 2.65±0.2，單位重約為 2.05±0.25，含水量約 13.55±3.15，孔隙比約為 0.475±0.165。

陳賀瑞(1997)研究卓蘭層與頭嵙山層之膠結不良砂岩指出，顆粒 粒徑約介於 2~0.075 mm 之間，屬於中至細砂，其中頭嵙山層砂岩之 顆粒分佈較均勻，卓蘭層砂岩之泥質(粉土+黏土)含量較高。另外，

此類膠結不良砂岩由粉土及填土膠結或填充且石英經顯微分析常可

表 2. 4 為彙整台灣中北部單壓強度試驗結果，陳賀瑞(1997)研究 卓蘭層膠結不良砂岩提出其單壓強度約介於 7 ~ 13 MPa，並發現其應 力-應變曲線大致可分：裂隙閉合段、彈性直線段、新裂隙生成段(塑 性段)、裂縫串聯段及殘餘階段。單壓破壞形狀顯示多屬沙漏狀且泥 質含量及砂顆粒之均勻性愈低者，其單壓強度有增高之趨勢；林銘郎 及林煜卿(1998)提出卓蘭層泥質岩石之單壓強度約介於 0.14 ~ 27.4 MPa，且含水量過多時強度則迅速軟化而類似土壤，模數比約介於 30

~ 300，屬中低模數比岩石；彙整林景民(2001)與洪任賢(2002)研究頭 嵙山層膠結不良砂岩單壓強度約為 3.26±3.24MPa、破壞應變約為 4.5±3.5%，結果顯示膠結不良砂岩單壓強度隨含水量不同有明顯變 化，其中試體含水量由 4 %增至 15 %，單壓強度由 1.1 MPa 降至 0.4

～0.5 MPa，破壤應變則由 1~2 %增至 5~6 %，因此膠結不良砂岩之含 水量漸增加會造成其單壓強度下降。卓蘭層砂岩之單壓試驗由洪任賢 (2002)研究提出其單壓強度約介於 0.25~9.36MPa，破壞應變介於 2~8%。由上述文獻可得知卓蘭層因地質年代形成較頭嵙山層較早，

因此頭嵙山層砂岩單壓強度一般較小於卓蘭層砂岩。

表 2. 3 台灣軟弱岩石單壓強度統計資料一覽表(卿建業，1995 )

三軸試驗：

表 2. 5 為彙整台灣中北部軟弱岩石三軸試驗結果一覽表，陳賀瑞 (1997)提出卓蘭層砂岩凝聚力(c)約 1.5~3MPa，摩擦角(φ )約介於 41°~43°；林銘郎及林煜卿(1998)進行卓蘭層泥岩三軸試驗，提出強度 參數分別為

c´約 30~40kPa，

φ′值為 43~53^o；彙整頭嵙山層膠結不良 砂岩三軸試驗(林景民(2001)及葉季霖(2003))結果顯示，其凝聚力(c) 約 0~0.74MPa，摩擦角(φ)約介於 41°~39°，最大楊氏模數E_max約為 400~2000 MPa，經三軸 CU 試驗結果分析可發現 Mohr-Coulomb 破壞 準則可適用此類膠結不良砂岩；林景民(2001)提出頭嵙山層泥岩之凝 聚力(c)約介於 0~0.7MPa，摩擦角(φ)約 21°~32°，最大楊氏模數E_max約 為 250~700 MPa。

李怡德(1996)進行木山層砂岩三軸試驗後，發現材料之應力-應變 曲線與破壞型態因圍壓大小不同而改變，且受含水量影響很大，於浸 水 120 分鐘後其強度與體積變形模數明顯大幅下降。另外，材料之強 度與變形模數隨圍壓上升而增大。柳政男(1998)採用傳統三軸壓縮試 驗 所 得 之 數 據 分 析 中 北 部 膠 結 不 良 砂 岩 之 破 壞 準 則 ， 結 果 顯 示 Hoek-Brown 之 破 壞 準 則 較 適 用 ， 而 少 數 泥 質 粉 砂 岩 則 以 Mohr-Cloulomb 之破壞準則較為適用。黃亦敏(1998)由應變速率控制 之潛變試驗結果，指出膠結不良砂岩單壓試驗之尖峰強度與初始彈性

模數會隨破壞時間增加或應變速率減少而下降，而配合之聲射累計數

現地試驗：

林文森(1998)進行一系列軟弱岩石之傍壓儀試驗後，結果發現於 相同岩性之軟弱岩石剪力模數G與降服應力P_y，其值隨有效應力增大 而增加；極限壓力P_L大部份落在 3 MPa 以上，偏向於高凝聚性緊密土 壤材料之行為；變形模數

E

m與極限壓力P_L之比值(E /_m P_L)約介於 16 ~ 30 之間，顯示偏向高度過壓密材料(heavily overconsolidates)之凝聚性 材料。傍壓儀試驗結果經過 Haberfield and Johnstone(1996)之 Simplex 程式進行最佳化分析，結果顯示軟弱岩石之摩擦角(φ′)偏低，偏向凝 聚性土壤材料行為。

廖學志(2004)於新竹縣寶二水庫試驗場址進行一系列多功能孔 內 試 驗 ， 由 孔 內 剪 力 試 驗 結 果 得 知 其 軟 弱 岩 層 介 面 摩 擦 角 約 在 28˚~41˚間，並認為現地試驗易受鑽探迴水影響，故岩體真實摩擦角 應較實驗值略大。

在文檔中 膠結不良砂岩的淺基礎承載力 (頁 45-51)