2006年度夏学期地盤の工学 講義内容 駒場での概論で触れなかった土

２００６年度夏学期地盤の工学
講義内容
駒場での概論で触れなかった土の力学
地盤の挙動において地下水(間隙水）が
果たす役割
地盤の挙動の予測（調査、実験、計算）
地盤の災害
教科書
引き続き、足立格一郎著 土質力学 共立出版
土質実験と本講義とは補完的関係にあるので、実験も
履修してもらいたい。
土質力学では、土を砂と粘土に分けて考える
海浜砂丘の豊浦砂：粒径平
均１８０ミクロン
• 粒径は、粘土か砂か、透水性な
どの判定に密接に関連する。
３ミクロン
ベントナイト粘土
1
砂質土：０．０７５ｍｍ＜砂＜２ｍｍ
２mm＜礫(レキ)＜７５ｍｍ
７５ｍｍ＜石
これらの粒子はほぼ剛体と考えて
よく、変形しない。粒子間の相互
作用は、力の伝達(有効応力）に限
られる。化学的、電気的な力は無
視できる。
砂質土の成因
岩盤が外力、温度膨張収縮、浸食など
によって機械的に風化される。化学組
成に変化無し。
土砂生産の現場
2
粘土の成因：岩石の鉱物に水、酸、熱、
圧力が作用することによって、化学的
変化。
粒子寸法もミクロン単位に細分化：２
ミクロン=0.003mm以下を粘土、と定義。
0.002mm∼0.075ｍｍをシルト、と呼ぶ。
粒子の表面にはマイナスの電荷があり、
水分子を吸着できる。
粘土粒子間の電気的、化学的力のやり
取りが、重要。
粘土の生成の例：火砕流からベントナイト
粘土へ
地殻中の
高温高圧
ベントナイト鉱山
2000万年前の火砕流
堆積物
3
粘土粒子と水分子
O--
O--
H+ H+
H+
O--
H+
H+
H+
−
−
−
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−
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−
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−
−
−
−
−
−
+
H+ H
O--
＋
＋
H+ H
O-O--
吸着水
H+ H
O--
O--
H+ H+
H+
+
+
O-H+
H+
H+
−
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−
−
−
−
−
−
−
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−
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−
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−
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−
−
−
−
−
+
H+ H
O--
＋
＋
H+ H
O--
+
H+ H
O--
+
水の吸着力の大きい粘土：
粒子が細かく、比表面積（単位質量あ
たりの粒子表面積）が大きい。
表面電荷が大きい。
外力が作用されると水分が排出され、
圧密地盤沈下が大きい。
4
保水力の指標：液性限界、塑性限界、
塑性指数
土の指標を使う理由
指標から土の工学的挙動が推測でき、
問題点、対策などの計画ができる。
5
日本統一分類
図４．１１
その他の指標
相対密度
活性度＝塑性指数÷２ミ
クロン以下の粒子の質量
含有率％
活性度が大：粘土の鉱物
に水との親和性が高い。
6
土の三相構成
の
固体粒子の骨格は外力を支える
接点力（有効応力）
接点ですべりが起こると、粒子
の移動となる。巨視的には、地
盤の変形。
7
骨格
• 固体の骨格が、外力を支える。
• 固体粒子が土の骨格を構成する。多くの砂の
ように粒子が珪酸化合物の未風化状態にある
なら、粒子を剛体と見なしすことができる：変形
なし。軟らかい粘土粒子は、変形／融合などを
起す。
• 石灰質、プランクトン起源の砂粒子に大きな荷
重が作用すると、融解、割裂を起す→地盤の
大変形。
• 泥炭を構成する有機物、軟弱。
土の（固液気）三相モデル
間隙
Void
8
透水性に対する、間隙寸法の影響
砂とレキ
速度分布
壁面の影響が卓越
水の粘性により、壁面近傍の速度が低い →透水性が低い。
間隙の形状と水の通りやすさとの関係
曲流部で渦が生じ、流れのエネルギーを消費
させる→流れにくい、透水性低下。
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Rissa, Trondheim, Norway
Map of Norway
Quick clay
塩水中で堆積した粘土は、綿毛化構
造(図２．１０）で安定しているが、塩分
が溶出すると、不安定となる。かすか
な衝撃で、地盤が崩壊する。
軟弱粘性土地盤における工学的問題
• 自重による地盤沈下：関西空港が典型
• 地表に設置した構造物の沈下・めり込み→杭基礎
が必要
• 圧密時間も長いので、埋め立てや盛土材料としては
不適
• 透水性が小さいので、廃棄物の封じ込めに有利
• ベントナイト泥水は、掘削孔や溝に満たして、崩壊
防止とする。
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地盤沈下
Mexico City
廃棄物処分場の朗詠防
止シート、その裏にベ
ントナイト層を設置
11
泥炭：水中に倒れた草木が、酸素不足の環
境で腐食しきらず堆積している。軟弱で沈
下が大きく、せん断強度が小さい。
泥炭上の宅地盛土；盛土を
締固めても、基礎のせん断
強度不足は解消しない。
シルト（<0.075mm）には通常粘土分が多く含
まれ、粒子間に粘着力がある。しかし非塑性
シルトは単に砂が細かくなった物質で、水中
での沈降堆積速度が遅いので、きわめてゆる
詰め状態にあるー＞斜面崩壊しやすい。
例：氷河性堆積物、鉱山の廃棄物（鉱滓こ
うさい）。
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非塑性シルト地盤の崩壊例
Valdez, Alaska, 1964
鉱滓堆積処分場の崩壊；伊豆の持越鉱山、
１９７８
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砂地盤における問題
• 圧密地盤沈下は小さい。
• 圧密が瞬時に終了→有効応力の発現と強度の発
達が速い。
• 透水性が高い（k=???)→水はけが良い、漏水が大、
地下水汚染が広がりやすい。
• 掘削で崩れやすい→土留壁
• 盛土材料に使いやすい(粘土は不適）
土留め壁（どどめへき）
め壁
留
土
る
よ
に
矢板
腹
起
こ
し
切梁きり
ばり
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擁壁の倒壊：地震時
アースフィルダム・ロックフィルダム：
地盤材料で造るダム
群馬県神流川ダム
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地中へ打ち込まれたパイプから
回収された、乱された土サンプ
ル→粒度試験などへ
堅さ、強さの力学的性質の調査
→乱されないサンプルが必要
三重管式サンプラー
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サンプラー押し込み情景
地表に引き上げられたサンプラー
チューブ
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採取された、土の不撹乱サンプル
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