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地質材料

3.1 定義

岩石：組成地殼或岩石圈之主要材料

鬆散塊體，堅硬塊體

礦物之集合體

單成岩、複成岩

3.2 重要性

土木工程師對某些重要的岩石，必須詳細研究其產生情形、性質、構造及組織以求得：

在工程結構上之價值

抗風化能力之大小

鑽孔、開炸、開挖之能力：硬度之影響

應用價值：商業

性質上對隧道、基礎、蓄水能力之影響

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3.3 岩石概論

種類：火成岩、沉積岩（水成岩）、變質岩。

火成岩：由岩漿噴出或侵入地表凝固而成。

特徵：組織一致、無層狀、帶狀、片狀之構造，無化石存在，石質堅硬。

例：花崗岩、玄武岩、安山岩。

火成岩的工程性質與岩化作用的品質、礦物成份、構造、水和風化等因素影響。

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3.3 岩石概論

沉積岩(水成岩)：已存在之岩石受化學或機械之風化作用後變成碎屑或溶於水中之物質，這些物質再經自然媒介(河流、風、冰川…) 搬運至另一處沉積 → 硬化(壓力或化學膠結所形成之成岩作用：壓縮、膠結、再結晶) →沉積岩。

特徵 - 呈層狀、層次分明，含有化石

例：砂岩、泥岩、頁岩、粉砂岩、石灰岩

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3.3 岩石概論

沈積岩的工程性質與岩化作用的品質、礦物成份、構造、水和風化等因素有關，其中最主要者為：

構造：沉積岩大都具有層理，因此其工程性質具有異向，這也表示相同的岩石，在不同方向的強度、變形性、滲透性也不同。

水分：沉積岩受水份的影響頗大，尤其是泥質膠結的泥質砂岩及泥質組成的粘土岩、頁岩和泥岩，若含水量越高，強度越低，變形性越大。另外，石灰岩、白雲岩和石膏亦有上述之特性，且具可溶性。

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3.3 岩石概論

變質岩 - 原有沉積岩或火成岩經過地殼運動或岩漿侵入所產生之高溫、高壓及水蒸氣作用(變質營力)而將其原先之組織及所含之礦物，完全或一部份改變而成為另一種岩石稱之。

變質作用 → 岩石固態下之變化 。

3.3 岩石概論

特徵：葉片狀和非葉片狀

葉片狀：變質後形成葉片狀之重疊排列，重疊面多與變質時所受最大壓力之方向垂直，由於有葉理面及異向性，因此容易裂開。

例：片岩(由頁岩變成)，片麻岩(由花崗岩變成) 非葉片狀：變質作用僅發生再結晶作用而未形成葉片狀之重疊排列為一種結晶組織。

例：大理石(由石灰岩、白雲石變成)

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3.3 岩石概論

變質岩的工程性質與原岩有密切關係

構造：具有葉理構造的岩石使岩石具有異向性，受力後易沿葉理面破壞。

礦物成份：在變質過程中產生的礦物，如滑石、綠泥石、強度(尤其是抗剪強度)較低，使穩定性降低，同時，抗風化能力也較低。若為壓碎變質作用所產生的斷層角礫岩等，強度及抗水性均差。

3.4 土壤種類及其生成

岩石(風化) → 土壤 → 依深度而有層次之別 。

土壤按其生成地點分有殘留土壤(岩石風化後之土壤仍存留於原處 → 風化作用>侵蝕作用)及運積土壤(由重力、水、風、冰川等搬運至其它地點沉積而成) 。

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3.4 土壤種類及其生成

崩積土(Colluvium)懸崖之岩石因風化作用與侵蝕作用成為碎石與土壤，堆積於懸崖下稱為崖錐堆積。大體積之崖錐堆積有時由大規模崩山所造成稱為崩積土。

崩積土之組織極不規則，粒度大至巨石、小至細土，地表可能不透水，但內部組織疏鬆、透水性高常因豪雨而形成不穩定區

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3.4 土壤種類及其生成

洪積土(Diluvium) 冰河時期末期，冰河融化形成洪水，將石礫及細粒土壤帶至山麓形成沖積扇（表面是細土，底部是卵礫石），細土經雨水淋洗留下高濃度之Fe2O3及Al2O3而呈現紅色，屬於團粒結構。各團內鐵元素均勺分佈，自然狀態易透水，夯實後變為不透水，乾燥時強度高，吸水後強度劇降。台灣中北部之紅土即為一例。紅土在自然狀態下易透水但略加夯實即不透水，適合作為壩心。

3.4 土壤種類及其生成

沖積土(Alluvium) 河流出谷之後坡度減緩、流速減慢 → 泥砂淤積而形成沖積扇。沖積土之水平及垂直變異性都很大，粒度、級配、強度等都不規則。

湖積土 (Laustrine) 由河川攜帶入湖而沉積之土，粒度變化大以細土為主。常因河的流量大小不同，而有不同大小的顆粒層層排列，形成層狀土壤，如台北盆地的松山層，具有高度的異向性。

3.4 土壤種類及其生成

風積土 (Aeolian)風力減弱時，風中夾帶之泥砂落下沉積而成 → 土粒細而均勻、空隙大、乾燥時強度佳，但浸水後則易於崩坍。

殘留表土 (Residual)岩石風化成土壤並停留原地 → 風化作用>侵蝕作用。

火成岩 ：通常為良好之施工材料 。

沉積岩：土壤壓密膠結(A)→沉積→岩石→風化→土壤(B) ；A≠B (粒度變細) 。變質岩：通常組織變異性大，殘留表土深度在小範圍內可以有很大之變化 。

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3.5 台灣地質

臺灣地形地貌大部份為第三紀(約七千萬年前)之岩相，經過沉積、侵蝕與地殼運動等歷程而產生。

三個主要地質區：中央山脈(變質岩)、海岸山脈 (火成岩、沉積岩 )、西部山麓(砂、頁岩互層)。臺灣岩石以水成岩分佈最廣(佔2/3 總面積)，其次為變質岩，火成岩最少。

3.5 台灣地質

臺灣岩石簡介：

礫岩、片麻岩、玄武岩、花崗岩、石英岩：強度高、優良的工程材料。

砂岩：易受風化侵蝕。

泥岩：不透水材料、易吸水膨脹、降低強度、 為水沖蝕形成惡劣地形。

頁岩：葉理為一弱面、易吸水膨脹、降低強度、順向坡易發生崩塌 。

3.5 台灣地質

石灰岩：易被水溶蝕、為重要礦產資源(水泥) 。片岩：片理構造易裂、強度、抗風化性低。

大理石：重要建築石材，節理內常含泥質，易生脹縮加上水之影響邊坡極易崩滑。