作者

歐陽湘

摘要

台灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海洋板塊交界之處，由於板塊的擠壓碰撞，致使台灣的地形地質與構造複雜多變，岩層多褶曲破碎，斷層錯動屢見不鮮而且地震頻仍﹔加以亞熱帶的氣候高溫多雨，地表的風化剝蝕作用也非常旺盛。在這樣一個自然環境之下，人類活動如何因應與調適，便成為一項重要的課題。
近二十年來，台灣的經濟發展突飛猛進，生活環境也大輻改善提升，許多的建設開發也由以往的平原、盆地延伸至海邊、丘陵、山區，甚或往地下擴展。例如山坡地的開發、捷運系統的興建、北宜快速道路的施工、高速鐵路的規劃設計、沿海工業區的造陸與基礎改良、東部鐵路改善工程等等，都使得大地工程與地質環境的互動更加密切與複雜，而規劃、調查、設計、施工各階段所遭遇的困難相形之下也愈多，而如何克服困難找出解決方案，便成為對大地工程及相關領域的艱鉅挑戰。「地工技術」從民國七十二年創刊以來，已歷十五載，其創刊宗旨之一便是「提昇國內大地工程技術水準」，過去對新技術或新科技的應用報導一向不遺餘力，這一次更特別設計「新科技在大地工程之應用」的專輯，益顯編輯委員們規劃的慧心。
本期共收錄九篇論文，其中三篇是新科技在大地工程調查技術上之應用，二篇是有關結合電腦與資訊處理技術將現有資料加值與實用化的案例，二篇是有關隧道斷面定位與襯砌探查方面，另外二篇則是數值分析與實驗模擬的應用。
台灣許多山岳隧道的開鑿與地下開挖工程所遭過的最大困難在於地下地質與水文狀況不易明確掌握，有時是因為調查階段的工作做得不夠，有時則是受限於調查技術與儀器設備本身的制約。董倫道、楊潔豪以「地球物理新技術在大地工程之應用」一文，將地電阻影像剖面法、三維反射震測法、孔內雷達探測技術、孔內攝影法、超音波電視井測、跨孔井測等方法的原理及應用做一介紹與說明，值得大地工程專業人員一讀並做進一步的評估探討﹔其中有關在孔內量測的探勘技術，也正是目前先進國家積極研發的重點之一，這種調查技術藉由鑽井的通道來施測，可將資料擷取的範圍由點擴至四周，甚至跨孔之間，不僅可提升鑽井的效益，同時多種資訊的取得使得地下地質的研判解析更能確實掌喔。蔣立為、歐陽湘、杜培欣的「地下水文地質特性參數量測-雙封塞技術之應用」，也闡述了水文地質調查方面在孔內量測技術上的發展與應用，井孔微流速儀已用來探測岩層中的主要流動層的位置，或是用來進行裂隙段屬地下水流入或流出區的研判﹔而雙封塞技術可進一步將有興趣的孔內區段封塞區隔，然後進行試驗來求取水力特性參數﹔如何將這些調查技術應用在大地工程方面，也值得我們深入瞭解。陳大科、吳啟南發表的「應用合成口徑雷達干涉量測技術偵測大地微量變化」一文，主要在說明利用合成口徑雷達的相位差理論，進行干涉條紋與大地形變量分析，並探討在高屏地區量測地層下陷量之可行性，隨著未來衛星影像資料來源與品質的提升，這項技術的應用深具發展潛力。
蔡榮君、李錫堤兩位研提的「航空照片正射化之技術與應用」，簡潔扼要地說明航空照片正射化的原理與流程，正射化後的航照資料因有良好的座標控制，故可結合地理資訊系統（GIS）的使用，而從事如環境變遷偵測、崩塌地面積估算等多種地形與地物變化之分析應用，是一非常實際有用的研究，值得一讀。鄭錦桐、李錫堤、蔡義本三位提出的「利用地理資訊系統輔助地震危害度分析」同樣也是一篇實際有用的著述，此應用研究利用GIS在圖形與資料庫兩者界面間的操作便利性以及強大的空間資料處理功能，來進行震源區及地震參數推求等複雜的工作，以供地震危害度的分析。地震一直是台灣大地工程界不敢忽視的重要因素，在嘉義瑞里地震餘悸猶存之際來讀這一篇論文應會有另一番的體會。
接續的兩篇為「隧道斷面快速定位系統之研製」與「透地雷達及影像掃瞄在隧道襯砌探查之應用」，分別由梁樾、魏錦銘兩位以及蔡道賜、趙皓昇、施心玫三位提供。前者闡述如何結合雷射掃瞄科技與界面控制來建構隧道斷面快速定位系統，文中並論及研發步驟與雛型製作及測試結果，最後並提出缺失檢討與改善方案的建議，是一項不可多得的本土化研發成果。後一篇則以實例介紹使用透地雷達探查老舊隧道襯砌之完整性以及後方空洞分布情形，另外也介紹了使用先進的全斷面隧道掃瞄系統，來進行隧道表面裂縫及滲水情況之偵測，是一篇很完整的案例探討。林志森的「不連續變形分析法於大地工程之應用」一文，則介紹由全勢能理論發展出來的不連續變形分析(DDA)的數值模擬方法，並提出以此方法進行落石，岩壁裂隙發展，與邊坡滑動的模擬分析﹔值得一提的是DDA的研究係現行國際相關研發的主流之一，其應用範圍的成長是可預期的。楊騰芳所提的「船舶錨鏈應力模擬」描述了在反應複雜、理論分析求解困難的情況下，如何製作粘土試體並利用地工用離心機，來模擬船舶錨鏈受單向及反覆拉力時的應力變化和位移變化，本篇的實驗模擬與上一篇的數值模擬並陳，也表示了編者期望兩者相輔相成、均衡並重之意。
最後，要感謝地工地技術編輯委員們的美意，還有李碧霞小姐在稿件處理及審查作業上的辛勞，更要感謝不吝賜稿的作者們以及撥冗指正的審查委員們，有了各位的付出與努力，本專輯才得以順利出刊。

作者

何煖軒

摘要

「地工技術」創刊迄今已滿十五週年，在此期間，經由工程界與學術界同好，結合理想與信念，共同熱心參與，交換工作經驗與研究成果，在齊心努力積極推動下，使此專業刊物更其理論性、實用性與可讀性，且對於國內大地工程技術水準的提昇及國際學術界之貢獻，成效卓著，深獲各方好評和支持。為此，特向平日默默耕耘，付出智慧與心力之工程先進與學者專家，表示至高感佩之意。
十大建設之一的中山高速公路，於早期規劃與設計階段，由於同仁對於大地工程技術皆有相當的認知，因此，在地質調查與鑽探試驗工作方面，佈設妥善，嚴格監督，落實執行，遂獲得可靠與確實的地質資料，作為設計與營建時之應用參數，以致在興建施工中，得以消除地工技術先天存在之不確定因素﹔其間，雖仍有少許不可避免的難題，幸皆處理得宜，於民國六十七年全線通車，使高速公路成為本省南北交通最大動脈。高速公路以其高服務水準及高設計標準，不僅提供快速便捷的運輸服務，且對復興基地經濟建設與發展及增進觀光事業之貢獻，效益宏偉。
邇來，國民經濟富裕，生活品質提高，在國內地狹人稠，陸地資源有限，可供開發之陸地面積受限之條件下，勢必朝向山坡地開發，而開發過程又需面對地工技術、水土保持、環境保護以及水資源保育等問題﹔此外，政府為期早日躋入已開發國家之林，大力推動「國建六年計畫」，高速公路拓寬工程計畫亦為其中之一，而這些重大建設計畫都與土木工程有確切的關聯，又皆以大地工程為其主體。因此，其困難度遠較早期興建中山高速公路有過之而無不及﹔是則，工程師們定將遭遇到無限的挑戰，也深感責任加重，除須面對不同的地質變化，選用不同的地工技術與之多變的大地進行搏鬥外，又將面臨工程環境變遷等等之限制。所幸，這些所需之地工技術，已在過去紮實累積的經驗中奠定了根基，應可迎刃而解，迎接未來艱鉅的挑戰，且對參與者也必以此為榮。
茲值二十一世紀前夕，政府大力推動提昇國家競爭力，發展臺灣成為亞太營運中心之時，為使我國地工技術水準得以持續提昇，理論與實務更能密切配合，以收到更高的經濟效益，尚待「地工技術」同道們，在未來多予發掘在此領域有所貢獻的研究與創作，賡續傳承大地工程技術之智慧與經驗，締造明日大地工程技術之美好前景與希望。

英文篇名

ADVANCED GEOPHYSICAL TECHNOLOGY APPLIED IN GEOTECHNICAL ENGINEERING

作者

董倫道、楊潔豪

關鍵字

地球物理、地表地球物理、孔內地球物理、大地工程

摘要

地球物理探測技術具有非破壞的優點，其探測範圍可以延伸到空中、地表、孔內、海上甚至水下，面對臺灣複雜的地質構造環境，我們需要接納地球物理探測，並給予應有的重視，才能共同克服重重挑戰。在施工前慎密地規劃進行合適的地球物理探勘，在施工中也可配合進行各項地質探查，隨時修正地質構造模式，增進對地下地質構造的瞭解，如此才能降低因地質因素對工程施工所造成的影響。本文列舉數項實用且先進的地球物理技術，包括：地電阻影像剖面法、三維反射震測法、孔內雷達探測技術、孔內攝影法、超音波電視井測、傾角井測及跨孔井測等，就其施測原理與可能的應用方向做一介紹，期能提供大地工程調查規劃時的參考。

英文摘要

Non-destructive destructive testing is the merit of geophysics. The prospecting region of geophysical survey can extend to sky, surface, borehole, marine and underwater. Facing the complex geologic condition in Taiwan, geotechnical engineers need to accept and pay more attention to geophysics to jointly overcome the geological challenge. Applicable geophysical methods should be carefully selected and used prior to the design and construction phases. To improve understanding of the subsurface structure, a geologic model needs to be updated once new data were collected. This is the way to decrease the affectation of geology. In this paper, some practical and advanced geophysical methods are introduced. These methods include resistivity image profiling, 3D reflection seismics, borehole radar, borehole camera, acoustic televiewer log, dipmeter log and cross-hole log. The main purpose of this paper is to briefly introduce their operating principles and possible applications to geotechnical engineers for references.

英文篇名

MEASURING SUBSURFACE HYDROGEOLOGICAL PARAMETERS USING DOUBLE-PACKER TECHNIQUES

作者

蔣立為、歐陽湘、杜培欣

關鍵字

水文地質、充氣式雙封塞、裂隙、水力傳導係數、井孔微流速儀

摘要

隨著地下工程需求之成長，地下地質與工程環境的調查技術愈形重要，如何確實掌握地底下的狀況攸關工程的成敗。近幾年來，許多的量測技術都已陸續發展出來，可直接利用鑽探的井孔來施測，以求取現地的各種特性參數，或藉由幾個井孔之施測而將資料的擷取由點擴至面，這樣的技術我們可統稱為井孔量測技術(Borehole Measurements)。
井孔量測技術包含地質鑽探(Borehole Drilling)、岩心鑑定(Core Logging)、岩石力學(Rock Mechanic Tests)、地球物理井測(Geophysical Well Logging)、地球化學(Geochemistry)及水文地質(Hydrogeology)特性試驗等項目。為能充份瞭解井孔內或附近地層岩性構造與量化數據，絕非上述單一技術可以克盡全功；因此各單項技術間需充份協調與合作，除可交互驗證調查或試驗資料外，亦可同時改進井孔量測技術與修正試驗方向，而使井孔獲得最大效益之資訊與數據。
本文主要目的除介紹各種地下水文地質特性之試驗方法與雙封塞搭配使用之新技術外，並選擇一測試井孔(約100公尺深)進行現場單井雙封塞注入試驗(Injection Test)與追蹤稀釋及擴散試驗(Tracer and Dilution Test)，以求取各裂隙段水力傳導係數值及流速值，同時亦將井孔微流速儀(Borehole Micro-Flowmeter)此項新科技如何用來研判井孔中主要流動層及裂隙段屬流入區(Inflow/Source)或流出區(Outflow/Sink)之技術做一說明。

英文摘要

Investigation techniques for characterizing subsurface geology and engineering environment are playing an important role in the booming of underground engineering explorations. Recently, several new investigation techniques which can be used through boreholes to determine useful parameters of subsurface formation have been developed. Such investigation techniques are generally called borehole measurements.
Borehole measurements include borehole drilling, core logging, rock mechanic testing, geophysical well logging, geochemical and hydrogeological testing etc. No single technique mentioned above can stand alone in characterizing the subsurface condition. In order to obtain the most valuable information, they must be used integrally and the results be cross-examined.
The major purpose of this paper is to introduce the subsurface hydrogeological testing methods with the aids of double packers. The techniques are applied in a test borehole about 100m deep to conduct the injection test and tracer dilution test for obtaining the hydraulic conductivity and flow velocity of fractures. Another new instrument called borehole micro-flowmeter for identifing the major flow zones is also introduced.

英文篇名

USE OF SYNTHETIC APERTURE RADAR INTERFEROMETRY FOR LAND SURFACE DEFORMATION DETECTION

作者

陳大科、吳啟南

關鍵字

合成口徑雷達干涉量測、大地地表變形、干涉條紋圖

摘要

重覆軌道的衛星合成口徑雷達(SAR)影像若具有穩定的軌道基線長與高空間解像力，可用於微量地表形變之偵測。本文利用SAR相位差理論所建立之干涉量測技術(INSAR)研究探討量測地層下陷之能力。
本文以四幅1993年及1996年間高屏地區重覆軌道之ERS-1/2衛星合成口徑雷達複數影像來研究偵測公分級地層變形量，經資料格式轉換、影像對位、干涉條紋圖產生、軌道基線長計算、地球曲率效應移除、基線長微調、相位還原及數值高程模型產生等影像處理後，以差分干涉量測技術，建立殘餘干涉條紋圖與地層變形量間之關係。最後再評估INSAR技術於量測台灣地層形變量之可行性。

英文摘要

Repeat-pass satellite synthetic aperture radar (SAR) images having stable orbit baseline and high spatial resolution are good for the detection of surface deformation . The ability of measuring land subsidence is studied by using differential intreferometry (D-INSAR) techniques that are based on the SAR phase difference theorem .
In this research, we use multiple repeat-pass complex SAR images (1993、1996) from European Remote Sensing Satellite (ERS-1/2) to detect differential change in surface deformation on the order of centimeters in Taiwan Kao-Ping area. After the data processing by following steps : (1)data format conversion,(2) image registration, (3)interferogram generating, (4) baseline calculation,(5) earth curvature removal, (6)baseline fine-tuning, (7) phase unwrapping and DEM generation, the relationships between interferogram and surface deformation are established. The final work is to assess the feasibility of measuring land subsidence using the D-INSAR method .

英文篇名

RECTIFICATION OF AN AERIAL PHOTOGRAPH－TECHNIQUE AND APPLICATION

作者

蔡榮君、李錫堤

關鍵字

航空照片、影像糾正、正射影像

摘要

航空照片包含了豐富的地形與地物資訊，但利用航照來進行量測並不如正射投影的地圖來得方便，因此本研究的目的在於尋求一種程式化的方法，將以往產生正射投影航照的繁瑣步驟完全由個人電腦程式來執行。程式處理中，先以空間後方交會原理求出單張航照的外方位參數，再藉由共線條件式及數值地形資料來產生正射投影航照，所獲得的正射航照有良好的座標控制，方便配合地理資訊系統使用。本文選擇八里地區兩個不同年份的航空照片，經正射化後進行海岸線的數化，並量測出前後十五年間海岸線前進及退縮的距離。正射航照具備多方面應用的潛力，諸如環境變遷偵測、崩塌地面積的估算等等，對於地形與地物變化之量化研究，可提供莫大的助益。

英文摘要

The advantage of using an aerial photograph is that contain much topographic and physiographic information. However, performing measurements on it is much complicated than that on an orthophotomaps. Hence, this study tries to seek a solution which can generate ortho image from an aerial photograph. We calculated the six elements of exterior orientation by space resection method first, then created an ortho image of aerial photograph with collinearity condition equations according to a digital terrain model(DTM). The ortho image of an aerial photograph is geocoded thus can easily be integrated into Geographic Information Systems(GIS). We rectified the aerial photographs in Ba-Li area with two different years and digitized the coast line in GIS. Finally, we measured the change of coast lines during 15 years. Orthorectified aerial photographs may be applied in many applications, such as environmental change monitoring, measurement of the area of a landslide, etc. In a word, it is a useful tool to make the measurement on an aerial photograph easy and to assist in the study of ground surface changes.

英文篇名

SEISMIC HAZARD ANALYSIS ASSISTED BY A GEOGRAPHIC INFOMATION SYSTEM

作者

鄭錦桐、李錫堤、蔡義本

關鍵字

地理資訊系統、 地震危害度分析

摘要

地理資訊系統（GIS）提供圖形與資料庫結合的操作界面以及強大的空間資料處理功能，可以有效地處理地震危害度分析所需之震源分區及地震參數推求等複雜的工作。本研究除了在Maplnfo地理資訊系統中建置臺灣地區地震危害度分析所須之資料與圖層及在系統中嵌入自行開發的相關分析模組外，並以實例說明分析過程，藉以闡明GIS應用的必要性及其使用上的方便性。
圖形界面的地理資訊系統可以方便地震資料的展示、查詢及篩選，使分析者在工作的過程中能較容易地掌握地震資料。同時，透過相關圖層的套疊分析，可以協助震源區的劃分，並方便直接在視窗上編修震源區的邊界。震源區劃分完成後，透過空間資料查詢功能，可直接篩選出各震源區地震資料。自行開發的分析模組則用來求取震源參數及進行地震加速度年超越機率的計算。
地理資訊系統輔助地震危害分析確實可以增進震源區劃分的合理性及改進資料處理上的效率，值得推薦應用。將來應可進一步與地震風險度分析（seismic risk analysis)及地震防災結合，使其應用上更為方便。

英文摘要

With the assistance of graphical interface and database manage function, GIS(Geographic Information System) do improve the efficiency of seismic hazard analysis, such as rearranging the seismogenic zones and estimating the seismic parameters. In this study, we build seismicity and relevant data of Taiwan in Mapinfo, and also develop some modules for seismic hazard analysis. We could know it is very necessary and convenient to use GIS by some real case studies.
Using GIS is very beneficial for displaying or sorting earthquake data, and easier for the user to get the information he wants. In the same time, to overlap some relevant coverages assists us delineating and modifying the geometry of the seismogenic zones. The user could use the spatial data query functions of Maplnfo to sort the earthquake data directly in each seismogenic zone and then use the modules we develop to estimate the seismic parameters and to calculate the annual exceedance probability.
Using GIS to assist seismic hazard analysis could improve the rationality of rearranging the seismogenic zones and increase the data processing efficiency admittedly. In the future, It may be applied to seismic hazard mitigation program and structural resistant design fruitfully.

英文篇名

DEVELOPMENT OF THE TUNNEL PROFILE PROJECTION SYSTEM

作者

梁樾、魏錦銘

關鍵字

隧道斷面、反射、軌跡

摘要

本系統係將設計好之隧道斷面，經電腦處理後產生之投影軌跡向量，並經由掃描路徑控制器，協調垂直及水平等二軸向角位移控制系統，使雷射光束照射在一已知距離之垂直面上，構成一隧道圖形，作為隧道快速修挖作業之依據。

英文摘要

The Tunnel Profile Projection System is designed for displaying a preset tunnel profile on a plane. Utilizing a computer to generate the trajecting vectors of a Laser beam reflecting system from the predefined tunnel profile. The reflecting controller set the angular displacement and speed for both vertical and horizontal angular positioning system to reflect the Laser beam.
The trajectory of reflected Laser beam constructs a predetermined tunnel shape on a vertical plane from the Projection system. The Projected tunnel profile will help the operators effectively during the tunneling operation.

英文篇名

THE APPLICATION OF GROUND PENETRATING RADAR AND VISUAL SCANNING IN TUNNEL LINING INSPECTION

作者

蔡道賜、趙皓昇、施心玫

關鍵字

透地雷達、影像掃描、隧道襯砌

摘要

台灣地處太平洋板塊與歐亞大陸板塊交界，地質構造發達，多斷層、軟弱岩層、節理與剪裂帶等地質弱帶及豐富之地下水。這些地質弱帶及地下水除了造成隧道施工之障礙，日後亦可能導致隧道襯砌之破壞，進而影響營運安全。同時，由於台灣本島多山，為了交通、水利及軍事等用途，修建了不少隧道，部分隧道已屆使用年限，襯砌本身材質劣化，需要檢測、維修、補強。本文以實例介紹以透地雷達法，探查老舊隧道襯砌之完整性及其背後空洞之分佈，並與鑽心取樣比對，以探討其可行性及限制。另外亦將介紹影像掃描系統在襯砌表面裂縫及滲水情形調查之應用。

英文摘要

Taiwan Island is situated on the boundary between the Pacific plate and the Asia Continental plate. Geological structures such as faults, weak strata, joints and fractured zones and surge of ground water are frequently encountered in Taiwan island. These geological conditions are quite detrimental for tunnelling construction and generally result in the destruction of concrete lining after tunnelling completion. Many tunnels had been made in the mountain areas of Taiwan for transportation, hydropower and military purposes. The linings of these tunnels are damaged gradually after operating for many years and need to be inspected, refurbished and reinforced. Examples are introduced here to discuss the application of Ground Penetrating Radar and Visual scanning methods in the tunnel inspection for the lining condition and for the distribution of cave behind lining.

英文篇名

APPLICATIONS OF DISCONTINUOUS DEFORMATION ANALYSIS METHOD IN GEOTECHNICAL ENGINEERING

作者

林志森

關鍵字

不連續變形分析法、全勢能法、大地工程

摘要

不連續變形分析法(Discontinuous Deformation Analysis, DDA)是1980年代新發展出來的一種數值分析方法，數理基礎與有限元素法相近，建立於全勢能法(Total Potential Energy)之上，然而元素間的變形是不連續(可分離、變形、移動與轉動)的解析模式。筆者從事於DDA在岩石力學上的應用與發展已有多年，深切體會到將DDA應用於大地工程之力學分析上之潛力，尤其在具大變形與變位之數值模擬上。在本篇文章將介紹DDA的發展淵源、基本的數理背景以及在比較特殊的落石與邊坡穩定問題分析上的應用。

英文摘要

The numerical method of Discontinuous Deformation Analysis (DDA) was newly developed in 1980s. The mathematical principles are based upon the total potential energy which is similar to the Finite Element Method (FEM). However, DDA is capable of calculating discontinuous displacements (including separation, deformation, translation, and rotation) between elements. The author has been working on the applications and development of the DDA method for many years. It is believed that the method has a great potential in geotechnical engineering analysis, especially in the numerical simulation with large displacements and translations. This paper introduces DDA, the basic mathematical principles, and presents applications in the analysis of rockfalls and slope stability problems.

英文篇名

STRESS SIMULATION OF MOORING LINE

作者

楊騰芳

關鍵字

錨鏈應力、離心機、粘土試体、模型試驗

摘要

船舶下錨後錨鏈之應力受船舶側風壓力、潮流推力、錨碇力及海底淤泥摩擦力之影響，係一動態反應，由於反應複雜，甚難以理論求解，因此常由實驗著手，經由實際之觀察與量測去推估各項影響力。本文報導在實驗室內以地工用離心機、粘土試体進行模型試驗，模擬錨鍊受單向及反覆拉力時的應力變化和位移變形。本文也描述試体製作過程、試驗設備等。

英文摘要

Stresses of the mooring line are influenced by several loads, such as wind load, wave load, anchor, and the friction between the mooring line and mud on sea floor. However, it is quite difficult to obtain an analytical solution due to its complicated dynamic responses. Consequently, model simulation conducted in the laboratory seems to be the best way to understand the behavior of the system. This paper reports a centrifuge modeling to simulate the responses of mooring line under monotonic and cyclic loads. The process of sample preparation and facility of testing are also included.

作者

地工技術

摘要

69期圖版