第二章 文獻回顧
2-1 梨山地層基本資料概述
地理位置與交通狀況
梨山崩坍地位於台中市東北東方中央山脈中，行政區劃分為台中縣和平鄉梨 山村(圖 2-1)，標高 1950 公尺，面積約 31300 公頃，與雪霸及太魯閣國家公園相 鄰，人口約2000 人，以種植溫帶水果與高冷蔬菜聞名。地理位置處在中橫公路西 段(台八線與台七甲線交會處)，由梨山村向西行，途中經德基、谷關最後可達中 橫公路主幹線(台八線)西緣起點台中縣東勢鎮，長約 82 公里；沿台八線向東行過 大禹嶺後可達花蓮縣，長約 137 公里；沿中橫公路宜蘭支線(台七甲線)向東北行 經思源啞口可到達宜蘭縣，長約112 公里。921 大地震後，谷關、德基路段坍方，
造成交通中斷，目前可由埔里往霧社，經合歡山與大禹嶺至梨山村或由宜蘭經中 橫公路宜蘭支線(台七甲線)至梨山。本研究區域係位於梨山村原國民旅舍附近，
B-9 滑動體(工業技術研究院能源與資源研究所，1993)之下邊坡上。
圖2-1 梨山交通位置圖(工業技術研究院能源與資源研究所，1993)
7
N36°E/32°SE，並有三組高角度節理：(1)N32°W/86°SW ；(2)N29°E/83°SE；
(3)N32°W/86°SW。
圖2-2 梨山地區區域地質圖(劉岫雲，2003) 氣候與水文
梨山崩坍地屬於大甲溪流域；大甲溪為台灣中部之主要河川，源頭位在思 源啞口附近之山峰，主要有兩條支流，形成西區集水區(梨山小築附近)與東南區 集水區(梨山賓館至榮民醫院附近)，支流在地滑區中央偏北處匯合後，向北流入 大甲溪。中央氣象局梨山監測站在民國 85~91 年監測資料指出年平均氣溫 15.2℃，年平均降雨量 2,152mm，2~9 月之月平均雨量達 190mm 以上，其中 5 月、
9
1984），邊坡滑動材料為崩積土。萬獻銘（1986）利用 x-ray 繞射分析崩積土礦 物成份，發現此土層的組成礦物為石英，伊萊石，綠泥石，交錯層黏土與澎潤石
物與風化板岩層或風化板岩層與新鮮岩盤之間夾雜黏土質粉土層。工業技術研究
11 破碎地層與岩盤之間。亞新工程顧問公司（1990）在中橫公路台七甲 73k+150 路 基災害修復工程報告指出，台汽客運梨山站西側與國民旅舍的滑動破壞，滑動面
圖2-3 梨山地滑分區與滑動體位置圖(摘自劉岫雲，2003)
13
2-2 崩積層定義、形成原因與材料分類
2-2-1 崩積層定義與形成原因
邊坡往往會因為地質、地形或自然等因素，造成破壞或滑動，而滑動規模與 頻率，依據邊坡本身條件與外在環境影響而有所不同，然而不論規模大小或滑動 頻繁的邊坡，都會在下邊坡或崖堆上形成堆積物，這些原本在邊坡上的岩石，經 過物理或化學等風化程序後，經由滾動、滑動或崩塌等重力作用向低處位移，形 成無一定形狀與大小的堆積物，這些堆積物可稱為崩積土。洪如江(1979)認為在 上游集水區或礦區上、下方常有崩積土堆積，在斷層帶上或附近的地質材料較為 破碎或軟弱，因此形成小規模的崩坍地或是崖錐堆積。
崩坍的種類也與母岩、形成年代與環境息息相關。李文勳(1971)與徐鐵良(1983) 定義崩積土依照距離母岩的遠近，可分為距離較近岩屑堆積或是距離較遠的崖錐 堆積。董家均與楊賢德(2001)將崩積層的位移破壞形態分為，岩塊堆積崩積層、
土石混合堆積崩積層與岩層滑動崩積層(圖 2-4)。
圖2-4 崩積層的位移破壞形態分類圖(董家均與楊賢德，2001)
15
黃玉麟(2006)分析梨山崩坍地 B-9 滑動體(圖 2-5)的地質狀況與排水廊道開挖 地質資料，配合B-9 滑動體下邊坡所鑽探取得岩心資料與孔內攝影及波速量測等 現地試驗結果，指出此滑動體邊坡向北傾斜，而劈理傾向東南(圖 2-6)，認為梨山 崩坍地B-9 滑動體的主要邊坡破壞並非為順著層面或劈理面的順向坡滑動，推測 B-9 滑動體中上層滑動層是由於原有滑動面上再度形成沿軟弱層所造成，下層滑 動層滑動的破壞方式可能屬於大規模山坡潛移作用形成剪力面滑動所形成，破壞 誘因可能為地震、豪雨、或大甲溪下切河谷等因素。
黃玉麟(2006)推測 B-9 滑動體有兩個主要滑動層面，滑動面材料產生原因是 由於地下水位上下變動而形成上層滑動面的軟弱層材料；下層滑動面之軟弱層材 料為山坡潛移作用，岩層間相互剪動所造成；在新鮮岩盤介面亦有潛移作用的跡 象，但無明顯滑動，導致無軟弱層黏土介面的生成。
圖2-5 B-9 滑動體位置圖 (黃玉麟，2006)
17
圖2-6 B-9 滑動體上 B-B＇剖面地層與劈理位態圖(黃玉麟，2006)
2-2-2 崩積層材料分類
梨山崩坍地地層材料分類最早由工業技術研究院能源與資源研究所(1993)所 提出。黃玉麟(2006)、賴忠良(2006)在研究 B-9 滑動體的崩塌成因與數值模擬時，
考慮此區域地滑成因、地質條件等多種因素，並配合力學試驗與數值模擬結果，
提出以工業技術研究院能源與資源研究所(1993)為基礎的改良分類發法與流程。
唐禎國(2007)進一步以岩塊與基質材料的比例加以分類，同時歸納出分類材料的 方式與步驟。上述不同崩積材料分類法對照表如表2-1，並分別說明如下：
19
工業技術研究院能源與資源研究所(1993)針對梨山崩積地區進行大規模地質 鑽探調查，依據日本學者藤原明敏(1979)之地表地質分類準則進行岩心分類，將 梨山地區崩積層分為崩積土(Dt)、強風化板岩(W1)、中風化岩板岩(W2)、弱風化 板岩(W3)與新鮮岩盤(Rf)五類(分類準則如附錄 B 與圖 2-8)，將梨山地區組成地層 分為五類，典型地層剖面與地層材料狀況如圖2-7，最上層由厚度不一的崩積土(Dt) 覆蓋，在其下方為風化岩層(依風化程度不同，又分為中風化層(W2)與弱風化層 (W3))，在崩積土與風化岩層中間或是風化岩層與新鮮岩盤介面夾強風化岩層(黏 土質粉土層(W1))，而在這些岩層下方為母岩，也就是新鮮岩盤(Rf)。
圖2-7 典型梨山地區崩積層剖面
21
圖2-8 梨山地區地層材料分類圖示(工業技術研究院能源與資源研究所，1993)
黃玉麟(2006)提出以地質材料、顆粒排列方式、弱面與裂隙、膠結充填物以 及風化程度五項指標，分類梨山地層之岩心 (如表 2-2)，分類方法流程如圖 2-9。
表 2-2 岩心分類方法
類別 代碼 岩心描述 說明
第一類 SY 灰色板岩夾黃色黏土 板岩顆粒排列整齊為SY 板岩顆粒排列不整齊為SY' 第二類 SG 灰色板岩夾灰色黏土 板岩顆粒排列整齊為SG
板岩顆粒排列不整齊為SG'
第三類 S 灰色板岩 完整板岩塊為S
含節理面分佈則為SJ
第四類 C 灰色黏土夾灰色板岩碎屑 軟弱層
第五類 BF 回填土
圖2-9 岩心分類流程圖(黃玉麟，2006)
23
賴忠良（2006）參考黃玉麟(2006)材料分類準則後，以材料力學行為模 式為觀點將崩積層材料分為四類(圖 2-10)，第一類，灰色黏土夾灰色板岩顆 粒；第二類，破碎板岩岩體；第三類，灰色板岩內含有節理(節理厚度不可忽 略)；第四類，灰色板岩內含有節理(節理厚度可忽略)。表 2-3 列出各類型崩 積層材料組成與特性、力學模式與建議使用的破壞準則。
圖 2-10 賴忠良(2006)崩積層材料分類
24 服後Hoek-Brown 或 摩爾-庫侖岩石破壞 準則
25
唐禎國(2007)在梨山崩坍地滑動體 B-9、B-1、及 B-4 分規劃三個鑽探孔(X1、
X2 及 X3 孔，鑽孔位置如圖 2-11)，地質鑽探結果依黃玉麟(2006)分類法為基礎，
加入岩塊與基質材料比例的觀點，提出對於B 滑動體內材料的分類方式，岩心分 類流程圖如圖2-12，也依力學行為亦將其分成五類如圖 2-13，
圖2-11 鑽探孔 X1、X2 及 X3 地理位置示意圖(改自羅文驤，2007)
圖2-12 岩心分類流程圖(唐禎國，2007)
27
圖2-13 材料力學行為分類流程圖(唐禎國，2007)
2-3 崩積層材料力學相關文獻收集
鑿於釐山崩坍地材料取樣不易，岩心提取率偏低，因此在材料力學行為研究 較為不易，過去此區域材料力學研究上主要有蘇苗彬(1990)、亞新顧問(1990)、林 炳森(1991)、蔡光榮(1987)、工業技術研究院能源與資源研究所(1993)等，表 2-4 為歷年來梨山地層組成材料力學相關研究成果。
大部分的研究皆是以邊坡穩定為考量，所求出的材料參數整理歸納出如表 2-4，地層材料主要包括崩坍的土層、風化岩層、滑動介面岩層與新鮮岩盤。各種 材料的膠結性不佳，劈理發達，並帶部分的節理，因此材料較為破碎、強度低。
由於不容易鑽取品質良好的岩心，因此部分研究試驗材料以重模試體為主，部分 的天然試體為明坑開挖所取得的崩積土塊與鑽探取得之岩心。
29
方世杰(1990)研究中橫公路崩積土坡地力學特性指出一般物理性質結 果(表 2-5)：崩積土的濕密度為 1.94~2.14 g/cm3、比重 2.67~2.75、孔隙比 0.42~0.6、含水量 3.83~18.07%、液性指數為 NP 或 14%；灰色板岩碎屑的 濕密度為 2.17~2.42 g/cm3、比重 2.74~2.75、孔隙比 0.23~0.44、含水量 8.51~10.59%、液性指數為 NP 或 11%；沉泥質黏土的濕密度 2.29 g/cm3、比 重 2.82、孔隙比 0.42、含水量 15.15%、液性指數 7%，粒徑分佈結果如表 2-6、圖 2-14、15、16、17。在力學試驗方面結果：現地塊狀土體所進行大 型直接剪力試驗結果(圖 2-18、19、20)，凝聚力在 0.017~0.25kg/cm2之間，
摩擦角在31.9°~38°之間；滑動面沉泥質黏土的土樣(薄管取樣，NX)進行單 數 0.15~0.16，再壓縮指數 0.014~0.018，預壓密壓力 0.3~0.5 kg/cm2，此預 壓密壓力推估為覆土層因滑動而造成解壓；而岩石的耐久性試驗結果，耐 蝕指標 98.86%，歸納為中高耐久性之岩石。他認為崩積土在現地含水量狀 況下膠結性不良，含水量增加對於崩積土內部之摩擦角有一定程度的影響。
31
表2-6 崩積土層粒徑分佈性質與工程分類(方世杰，1990)
圖2-14 現地級配曲線(方世杰，1990)
33
圖 2-15 SW1、SW2、SW3塊狀取樣試體之粒徑分佈曲線(方世杰，1990)
圖 2-16 SW4、SW5、SW6塊狀取樣試體之粒徑分佈曲線(方世杰，1990)
圖2-17 SW7、C1、C2塊狀取樣試體之粒徑分佈曲線(方世杰，1990)
圖2-18 大型直接剪力試驗結果(SD3) (方世杰，1990)
35
圖 2-19 大型直接剪力試驗結果(SW4) (方世杰，1990)
圖 2-20 大型直接剪力試驗結果(SW5) (方世杰，1990)
圖2-21 BH1 沉泥質粘土單壓強度試驗應力應變曲線(方世杰，1990)
圖2-22 BH2 沉泥質粘土單壓強度試驗應力應變曲線(方世杰，1990)
37
圖2-23 小型直接剪力試驗結果(方世杰，1990)
圖2-24 三軸壓縮試驗剪應力、正向力關係曲線(方世杰，1990)
圖2-25 三軸壓縮試驗應力應變曲線與孔隙水壓變化曲線(方世杰，1990)
圖2-26 單向度壓密試驗結果(一) (方世杰，1990)
39
圖2-27 單向度壓密試驗結果(二) (方世杰，1990)
劉啟鋒(1990)研究中橫公路台七甲線 72K+500 處的邊坡穩定性，在監 測兩孔水位計(A-1 深度 20 米、A-2 深度 13 米)資料後發現地表下 5.85 米與 5.57 米處有一滑動面。其研究在埋設兩孔水位計旁各進行一立方公尺之明 坑開挖，取得崩積土密度分別為 1.99 g/cm3與 1.93 g/cm3 ，並在選擇 A-1 明坑開挖下方進行直徑1.1m 的試井開挖(深度 6.3m)，並將試井開挖所得到 的現地土樣進行相關的材料特性試驗(開挖取得之材料土壤基本性質表 2-7)，試井開挖後土壤分層為表土層(0.0m~0.6m)、灰黑色板岩礫石土 (0.6m~2.40m)、黃棕色黏土夾雜板岩塊與岩層(2.40m~4.20m)、破碎灰色板 岩層(4.20m~5.90m)、砂質黏土(5.90m~6.30m)。另外利用縮小現地顆粒級配 以製作重模試體再進行直接剪力試驗，試驗結果表 2-8、2-9。經由粒徑分