中台灣寒假聯合野外調查

大地組碩一 陳羿帆、林俊廷

過完農曆新年的清晨,一群對野外調查有熱忱的人們聚集在台大校門口,準備一同搭車前往台灣中部,這趟旅程由王泰典老師及林銘郎老師帶領二十多位大地組的學生從台大出發,進入中台灣地區的奧妙之地,包含苗栗火炎山、彰化一線天、台中草湖溪以及台中石岡壩。
每學期被學校課業轟炸後,老師會在寒暑假時帶領學生野外調查,看看大自然的美,讓我們暫時遺忘繁重的課業。這次參加的中台灣聯合野外為期兩天,由陽明交通大學主辦,參加的學校有台灣大學、中央大學、中興大學以及台北科技大學,總計參加人數達70人,各校師生各自出發,在預定時間於第一站會合,在遊覽車上老師也不忘提醒我們一些野外須知,此刻的我們還以為是一趟愜意的旅程,沒想到雙腳的挑戰才正要開始。


聯合野外參與人員合照

第一站,苗栗火炎山,此地之所以會稱作火炎山是因為這邊的岩層裸露,鮮少有植被,又有紅土台地堆積層,故從遠方看像是紅紅的火炎在燃燒,依此命名。這邊的地層屬於頭嵙山層,岩性可分為火炎山相以及香山相,前者主由礫岩層組成,間夾二至三層薄層砂、頁岩互層,其中礫岩大多淘選不佳,膠結鬆散,經風化侵蝕常形成惡地地形; 後者主要為砂頁岩互層。


苗栗火炎山風景

火炎山景點一共有三個關卡,分布在火炎山步道,從起點到第三關卡約有3公里的路程,來回6公里多,沿路腳掌都是踩在礫石層上,步道上的礫石大小不一,大的甚至有到60、70公分,穿運動鞋走起來像是在走健康步道一般,一開始還可以靠著新鮮感以及好奇心向上爬到關卡進行調查,到後來真的是拖著疼痛的膝蓋以及痠痛的大腿在一步一步向前走。各關有不同的關主以及調查要點,第一關是利用不同特性來分辨火炎山相以及紅土礫石,像是支撐類型、基質、礫石材質以及外觀;第二關是利用手機進行初步的影像處理推估現場的礫石粒徑分布,進而求出礫石的強度指標;最後來到第三關,火炎山的工程應用,考量到此處沒有植被,再加上膠結不良的礫石層受到空氣、水等不斷的風化與侵蝕,並同時受到重力的影響,導致礫石逐漸崩落,使得沖積扇面積不斷增加,影響到下游的隧道,故此關卡為討論土石流潛勢區整治工程的類型,各關卡的問題都需要小組討論後發表想法,在這麼多先進面前闡述自己的想法是一種練習勇氣的方式,參加野外不僅僅是增加土木新知識,同時也在增加自己的膽量以及肌肉量。


火炎山沿線步道

各關卡都有陽明交通大學的學生擔任關主,負責對該地方解說以及設計題目讓我們進行討論,非常的認真,每個關卡都很用心準備,像是會額外印出大海報作為補充或是提供其他工具來讓參與的同學使用,也帶了許多的水提供同學飲用,雖然同學們應該很希望有張按摩椅在遊覽車上可以按摩自己的雙腿。
花了四個鐘頭結束第一站後,大家疲勞的走下山坐上遊覽車,前往休息站吃著健康餐盒,也在車上小憩一會,平常難入眠的同學在此刻都漸漸進入夢鄉,有著安穩的呼吸聲,像是身體表示出運動量超標的警訊。接著第二站來到彰化一線天,此時已到下午,有著微微陽光,一群人步行前往第一關卡,這關是進行位態量測,量測坡面以及岩層的走向以及傾角,可以運用羅盤或是手機程式進行量測,接著繪製到投影圓上進行邊坡穩定風險評估,也在這一關卡討論到交錯層以及波痕,由交錯層的構造可以揭露出此處在過去經歷了什麼,像是可以判斷出古水流的方向,也可以判斷地層的上下關係;第二關即是探討一線天的成因以及破壞機制,應用到應變橢球的概念,用岩體斷裂面幾何推測造成斷裂的應力。


量測不連續面位態

一線天坡面上交錯層

當結束一線天的關卡時,也結束了第一天的野外調查,此時可以感受到腳已經不是自己的了,不過在回到住宿會館之前,我們先在一間廟宇前方的廣場集合,進行今天野外調查的心得分享,由各組派出代表站出來說,不僅由同學們分享今天野外調查的心得,老師們也有分享,並且提出一些問題或是看法來讓同學們討論,野外調查吸引人的地方即是在同一個調查點,透過每個人不同的調查方式,由不同角度切入並產生各種觀點,進而集思廣益碰撞出更多的想法來彼此切磋琢磨。


大家在廣場上分享心得

分享來到尾聲時,天色也逐漸昏暗,此時看似平靜的氛圍因為王泰典老師的一句話,讓大家又再次提起振奮的精神,老師宣布到了會館後晚上喝的啤酒都由他與林銘郎老師請客,大家拍手叫好並且伴隨著歡呼聲,土木系的快樂就是這麼樸實無華,搭上遊覽車一會後就到了住宿會館,大家下完行李後就到餐廳集合用餐,享用著美味的佳餚,配著清涼的啤酒,化解了一整天的疲勞。最後總計啤酒費用花了六千元,換算成瓶數的話一共喝了八十瓶的啤酒,喝到餐廳的服務人員出來說冰箱的啤酒都沒了,因此,我們在餐廳結束營業後,轉移戰場至住宿會館二樓會議室,改喝陽明交通大學自備的烈酒,包含幾支威士忌以及高粱,繼續與老師們飲酒暢談,在此也非常感謝老師們的熱情贊助。

學生們向林銘郎老師敬酒

桌上喝光的空酒瓶

老師們與學生們的飲酒暢談

蘇格登威士忌及高粱等烈酒

第二天開車前往太平的草湖溪,昨天爬石頭山今天走石頭路,鞋子底部軟一點的同學會感受到在走天堂路,那個石頭的感覺粒粒分明。在這條河床上,主要是去觀察頭嵙山層與卓蘭層露頭的地質資訊,到達第一個關卡就先討論邊坡破壞的問題及利用RMR法來評分各岩體的分數及對於隧道工程的利弊,現場評分RMR分數跟在題目卷上的感覺完全不同,畢竟在數據上面都要用自己眼睛與雙手去得到,而且常常會有模稜兩可的時候,好像可以給他更高的分數但又感覺太多了,這時候跟組員討論及聽取老師的意見就十分重要。讓大家在這邊討論及觀察大自然的美,真的是獲益良多。

溯溪之石頭路與欲調查之露頭

對此露頭進行RMR評分

擋土牆破裂

接著又坐上遊覽車要前往下個地點,當大家想偷偷補個眠的時候,我們已經到下個地方:大傢伙。一塊綠色的路牌就寫著大傢伙三個字,代表著這裡的地標,在走去河床的路上大家都在猜大傢伙是什麼,有人猜是一塊很大的石頭,也有人猜是草湖溪的水怪,就在大家議論紛紛的時候,終於看到大傢伙的真面目,是一家山產店,大家就笑一笑前往下個勘查地點了。

大傢伙路牌

這些露頭的出現,都主要與河流的侵蝕相關,但每個露頭的展現方式及觀察重點都有所不同。第一個點是觀察為何節理面會這麼複雜,不像一般見到的一層一層那樣,所以讓各組依序爬上去觀察,本組利用手觸摸那個砂岩的感覺及旁邊因為水流侵蝕而產生的蝕溝,推論出此節理本身就存在,然後因為蝕溝的破壞讓此節理面變得如此複雜。觀察完此區大家也開始踏上天堂路,因為路上還是有點溪水的狀況,大家都踩著石頭涉水,所以隊伍就會拉的非常非常的長,這也影響到在這些關卡上時間的問題。

複雜節理面

際觸摸節理面

到了第二個觀察點是去看這些露出來的礫石層與礫岩性質的差異,與昨天觀察的火炎山相礫岩的差異,我們上前觀測看出這些礫石相對於昨天的礫石來說更為圓潤且比較小,排列方式也相對來說整齊,所以覺得是較為下游的卵礫石,這時候林銘郎老師就上前拿著地質錘敲一敲石頭,開始對大家講解他的看法,林老師在野外活動時常常獨自一人遊走,觀察他自己想要看到的,體驗一些新的工具、方法與新的地質調查成果,順便尋找新的研究課題,一直從大自然學習,這種活到老學到老的精神值得大家去學習,若對這些地質的課題有興趣,可以加入林銘郎老師在臉書創辦的社團:工程地質野外教室,裡面有很多地質相關的資訊喔!

熱愛地質的林銘郎老師

第三個觀察地點的重點也是在露頭與節理的呈現,第一眼看到此露頭只有感受到好大一片,這邊的泥岩會有明顯又密集的節理,應該是解壓加上上面的砂岩岩覆太大,才讓底下那層有密集的節理面,除了那區塊的節理面,還觀察到砂岩的節理面是呈現右邊垂直地表而左邊是水平地表的。

探討超大露頭之節理成因

觀察完大家開始回程,走到一個點時,林銘郎老師找到了另外一條平面道路不用再走石頭路,大家就跟在老師屁股後面走這條路線,但卻不知道這是一場地獄的開始。前面看似平緩的路段,過了一個彎就開始一直保持著上坡的狀況,經過昨天與今天這些遙遠的路途,大家的雙腿已經承受不住這個轟炸了,都在期望這幾個坡能早點看到盡頭,身為一個地質專家的林老師已經用飛快的速度狠狠把大家給甩開了。終於在下坡的路段看到遊覽車,宛如在尿急的時候看到廁所一樣開心,坐在位置上時只有對自己的雙腿說聲辛苦了。

強顏歡笑的學長

在前往石岡壩的路途上大家趕緊吃飯與睡覺補充體力,到的時候下車看著周遭,還以為來到休息站,畢竟這是這次野外觀察第一次下車不是在荒郊野外,先前往大會議室聽取主任講解石岡壩的歷史與整修過程,整修過程的含意對生態保育的貢獻。中部的天氣有點炎熱,好心的經濟部水利署中區水資源局請大家喝飲料,真的非常感謝他們的心意。石岡壩位於東勢鎮之西方,大甲溪下游所產生的沖積扇就位於東勢區附近,這裡主要也位於西部麓山帶,此處也有三義,埤頭山斷層,車籠埔斷層及梅子斷層等。砂岩於壩址附近分布極廣,接近覆蓋層底部。既然已經了解當地的基本地質資料,大家就戴著安全帽前往河床,這次主要觀察的部分是沖蝕對於岩盤的影響,有一系列的參數要去進行計算,有點類似早上的RMR評分表,很多部分都是用肉眼及手上的捲尺去分析,這裡也有用到RQD的參數,但這邊的RQD不是用自己評估的數值,而是用節理的XYZ方向去進行評估;我們還有用電子的史密特錘去量測岩體的單壓強度,電子的量測方式是用儀器對岩體壓10次,就會得到一個大約的數值,為了準確度我們對觀察的岩體壓了三個不同方向,進行了三次測量大約是5MPa的大小,聽關主說我們這塊特別弱,其他地方都有到10MPa,最後搭配題目設計的流量功率及抗沖蝕臨界圓分析,此區塊是容易被沖刷的。

河床上的岩盤

觀察完此處的沖蝕指數,我們就去觀察因為921造成石岡壩壩體破壞的地方。在前往的路上站在大壩上面觀看整個水庫的大小,真的是非常震驚,當時人們是如何蓋出這種建築物,也順便想到剛剛主任講的話;921地震破壞完後,有中國人問主任為什麼不把壩體打掉重建,是不是因為缺錢才不做這種事,主任也直接告訴他,為了環境與生態,台灣決定用整修對地球造成少一點的衝擊,對於土地珍貴的我們,更應該這樣去保護這片大地。

在關卡聽完林承翰學長及彭昱熙學長分享他們在這邊的研究,導水管的因為地層變化的變形,讓大家更了解當時的狀況後,就開始讓大家討論當時壩體受到哪種斷層的影響,本組經過講義上面的圖示,大家討論出是有逆斷層與右移斷層所造成的影響,才會對此區塊造成這麼大的損傷。完成最後一關後,王泰典老師當頭棒喝地感謝來自國立陽明交通大學的翁孟嘉老師與羅佳明老師及他們的學生們,能為大家帶來這麼精彩的野外調查活動,將近把整個中台灣都給走一遭了,這些學生要為關卡的設計來多少次現場,才能讓大家更了解這個區塊該學習些什麼,真心感謝主辦單位的努力。

礙於時間因素,大家拍完大合照就要各自回學校了。上了遊覽車,王泰典老師趁著大家還沒進入夢鄉前,趕緊邀請大家分享這兩天的野外心得,有人覺得這趟旅程學習了不少,終於搞懂自己心中的疑惑;有人覺得這是他參加過最累的野外,雙腳都快要報廢了;也有人感謝老師們在夜晚與大家同歡,卸下了平常嚴肅的樣子。王泰典老師非常的厲害,開頭講完一次的心得,又在大家發表完後再次分享了一次心得,闡述著從他學生時期到現在參加野外內心上想法的變化,怎麼從這些野外學習去想出能對土木產業的轉變,一直的創新與轉變我覺得是介紹王老師最好的詞,把這些新的技術運用在大地工程上,讓工程進行的更方便及順利。

受斷層影響後之損壞壩體

感謝交大的老師與同學

這兩天的行程,真的跟學長說的一樣,會感到非常充實及疲憊。讀萬卷書不如行萬里路,這句話可以在這趟野外調查深深的體會到,書本上的圖案往往是用卡通圖,各種岩石的特徵都直接被畫在圖上,實際上的岩體看起來都很類似,要多利用觸覺甚至是味覺來判斷,因此會對於這些岩石的特徵更有印象。露頭的觀察是我之前一直很困惑的部分,為何要去觀察這片岩體,能得到什麼知識,但在這兩天跟學長及學姊的詢問下,才了解這在工程上是有用處的。此趟旅程讓地質背景宛如白紙的我,學習到許多新的事物,感謝各位老師及主辦方的安排,期待下次出野外的日子。

帶領大家向前邁進的老師們