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科⽬︓⼟質⼒学Ⅰ担当教員︓澁⾕ 啓

基礎からの⼟質⼒学（理⼯図書）

教科書

序論・地盤形成

⼟質⼒学Ⅰ

2020. 4. 20

澁⾕ 啓

土木工学コース地盤工学研究分野

Ｃｉｖｉｌ市民の

土木（どぼく）ださい、格好悪い

地盤（じばん）わけわからへん、うざそう

日本（JAPAN）

欧米（Ｅｕｒｏｐｅ＆ＵＳ）

Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ大地の

土木・地盤＝市民のための大地の工学

土木・地盤工学の役割

②防災がけ崩れ（地震・豪雨）、地盤汚染、etc

市民生活を守る

①社会基盤の整備橋、空港、トンネル、etc

市民生活を便利で豊かにする

大規模工事の例 ：橋、空港

ここにいるよ

明石海峡大橋

神戸市舞子 淡路島松帆

舞子 松帆沖積層、後期洪積層

未固結礫（明石層）

（神戸層）堆積軟岩

花崗岩

関西国際空港

東京湾横断道路

1997年11月竣工、12月18日開通

浮島取付け部

川崎側人工島

木更津側人工島

橋梁

巨大な地中連続壁- 内径 98 m;- 高さ 119 m.

川崎側人工島

シールドマシーン（とんねるもぐら）直径１４ｍ

円筒状地下連続壁の内部の地盤掘削

190 m

リング状の空間、内部に地下連続壁を建設

土木・地盤工学の役割

②防災がけ崩れ（地震・豪雨）、地盤汚染、etc

市民生活を守る

①社会基盤の整備橋、空港、トンネル、etc

市民生活を便利で豊かにする

２００４年新潟中越地震もう住むことができない我が家 どうにかしなければ

地山（河岸段丘、堆積軟岩層）

盛土

鉄道（上越線）

排水暗渠（配置の有無、不明））

河岸段丘から採取したと思われる円礫まじり砂質土も盛土（締固めれば悪い盛土材ではない）

沢（集水地形）

信濃川

国道１７号重力式擁壁

重力式擁壁（水平地盤でも地震時安定性が低い．斜面上では更に不安定化）

２００４年新潟中越地震川口・小千谷間、国道17号線と上越線盛土の複合的崩壊

上越線盛土崩壊現場補強土盛土擁壁での強化復旧

6) 壁面工をコンクリートを現場打ちにより完成

5) 盛土の完成

4) 第二層の建設3) 土層の撒き出しと締め固め

2) 土嚢とジオテキスタイルの設置

礫を詰めた土嚢ジオテキスタイル

1) 壁面工の基礎を建設

排水孔

ジオグリッド

２００４年１２月２６日、復旧した盛土の上を走る最初の列車

あなたは土木・地盤に向いている人？

１．社会・人に役立つことをしたい．２．行動派だ．３．何故？と思ってしまう．４．人好き・おしゃべり．５．自然が好きだ．

その他、何でも…OKなぜなら あなたも市民の一人だから

地盤形成

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⼟は何処から来たのか︖ 地盤形成に重要な７つメカニズム（□の中）

火成岩

岩石 堆積（硬）岩(sedimentary rock)

風化（weathering）

風化岩＊ 土 堆積軟岩(sedimentary soft rock)**

運搬（河川、海、風）*

堆積 (sedimentaion)* 続成作用（diagenesis）@

（河川敷＋、湖底、海底）

地殻変動による地盤の沈降と隆起

浸食 (erosion)*

海面変動

地盤形成

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* 浸⾷・運搬・堆積の作⽤のため、a) ⽔平⾒ると、⾼い位置にあり、浸⾷を免れて、そこに新しい地層が堆積していない地盤の

⽅が古い．低い位置にあり浸⾷を受けて新しい地層が堆積している地盤の⽅が新しい．

b) 鉛直に⾒ると、下⽅にある地盤の⽅が必ず古い．

@ 続成作⽤と反対なのが、変成作⽤．硬岩が、熱変成で軟岩になる．

＊ ⾵化硬岩︓例）本四第２,３ルート 橋梁基礎地盤．⽕成岩である花崗岩の⾵化岩

** 堆積軟岩の例）明⽯海峡⼤橋基礎地盤︓神⼾層（約10,000万年前の堆積︓第三紀層）関東の上総層群（約200万年前の堆積︓第四紀層）

+ 河川敷あるいは、河⾕的での堆積例）明⽯海峡⼤橋基礎地盤︓明⽯層（⼤規模⼟⽯流の後らしい）

紀淡海峡⼤橋の淡路島側にも、もっと柔らかい地層がもっと厚く堆積していて、ピアの設計が困難になっている．

東京湾の中央にも、利根川（古東京川）による埋没⼤渓⾕がある．下町の地盤沈下の原因︕

地盤形成

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Ⅰ 浸⾷・運搬・堆積

（浸食等による土砂の供給）

氷河期の海面変動 130 m 程度

河川

礫 流速は次第に小さくなる（運搬力は次第に小さくなる）

海

地殻変動 砂 シルト

粘土

地盤形成

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粒⼦が⼩さいほど、粒⼦径(2r)が⼩さいほど、河川、海流に運搬されやすい．なぜならば、a) 粒⼦径(2r)が⼩さいほど、⽐表⾯積が⼤きくなる．

沈降抵抗⼒は、粒⼦表⾯の摩擦⼒が⼤きいほど、粒⼦表⾯積が⼤きいほど⼤きい(r2に⽐例)．沈降⼒は、（重⼒―浮⼒）に⽐例、（重⼒―浮⼒）はr3に⽐例．⽐「沈降抵抗⼒／沈降⼒」は (1/r)に⽐例．

→rが⼩さいほど、沈降しにくくなる．

b) 粒⼦径(2r)が⼩さいほど、断⾯積Across／⾃重W が⼤きくなる．運搬⼒は、粒⼦断⾯積が⼤きいほど⼤きい（r2に⽐例）．沈降⼒は、r3に⽐例．⽐「運搬⼒／沈降⼒」は (1/r)に⽐例．

→rが⼩さいほど、移動しやすい．

r

運搬力

重力―浮力

沈降抵抗力

合成ベクトルは、r が小さいほど水平に近い

地盤形成

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従って、⾃然に分級（segregation）する．何故下町の地盤は主に粘性⼟からなっているのか︖古東京川の浸⾷による⾕間に、縄⽂海進時の軟弱粘性⼟地盤の堆積

○ 粒径による⼟の分類平均粒径* D50 (mm)

礫(gravel) 2 mm 以上 （以外に⼩さい）砂(sand) 0.074 – 2 mmシルト 0.005 – 0.074 mm粘⼟(clay) 0.005 mm (5 μm)以下 ⽬では⾒えない．

*平均の定義は、後ほど．a) これらの数字は、約束事．⼤体は、⼈間の感覚に合っている．b) 検疫所では、砂は⼟ではない．植物の種が⽣育できないものは、⼟ではない．

外国から、シルト・粘⼟は輸⼊できない．砂は、全く問題ない．

地盤形成

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○ 関東平野での沖積層の堆積量（⼟と基礎、43-10, 1995, 11⾴）450万m3／year （過去 2 万年間の平均）800万m3／year （有楽町層形成期︓縄⽂式時代）

常に、堆積は進んでいる．過去 5000年平均 3 – 4 mm/year

3 – 4 cm/10 year15 – 20 m/5,000 year

最盛期 14 mm/year と⾔われている．○ 境界条件としての３つの重要なメカニズム１）地殻変動︓ 東京湾は、沈降地帯．100 m/1000,000年 = 1 cm/100 年=

0.1 mm/年 程度．⼤阪湾の⽅が激しい沈降をしている．沈降と堆積の速度がバランスすると、⾮常に厚い若い地層が形成される．

関⻄国際空港における地盤沈下が⼤きくて⻑く続く理由．２）海⾯変動︓ 氷河期〜間氷河期〜氷河期〜間氷河期の繰り返し． 現在第４間氷期．３）⼈間による改変︓ 掘削、埋⽴て．

堆積岩（硬岩）

強さ・硬さ

続成作用：密度化、構造化、

1,000 万年程度 セメンテイション

堆積軟岩 風化岩へ

100 万年程度

風化：体積膨張、

セメンテイション破壊(slaking)

土 土へ 再堆積

Log（時間）

地盤形成

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Ⅱ 続成作⽤と⾵化作⽤

地盤形成

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○ ヨ－ロッパ⼤陸では、なかなかセメンテイションが発揮されない．London clay; 数百万年Gault clay (Oxford); 数千万年★ なぜか、分からない．★ ⽇本が例外なのか︖

○ ⾵化しても、その場を動かない場合→残積⼟(residual soil) 例）花崗岩→まさど （中国地⽅、韓国）

○ 軟岩︓２種類ある強くなって⾏く途中のもの （堆積軟岩）弱くなって⾏く途中のもの （⾵化岩）

堆積軟岩が⾵化するとと⼟になる．堆積軟岩の掘削したものを⽤いた盛⼟は、締固めが悪いと⻑期的に沈下が進む．なぜならば、粒⼦としては、密度が低く、弱い．

粒⼦間接点から弱化し、堆積収縮をして、盛⼟の沈下をもたらす．徹底的に粒⼦破砕させて、⼟に戻して、締固めすれば、OK．

例）名古屋地⽅、東海地⽅の、⾼速度道路、空港建設に伴う盛⼟．締固め管理が⾮常に⼤切．

⼟の⽣成と⼟質⼒学の基本

⼈間の主たる活動範囲

海⽔⾯の変動の推移

⼟と軟弱地盤の⽣成過程

岩⽯の細粒化，変質のプロセス

実際の地盤の構成と⼟質⼒学で想定する地盤

粘⼟の堆積構造(顕微鏡写真) シルトの堆積構造(顕微鏡写真)

粗粒⼟の⾻格構造と⼟の特性との関係

⼟の強度定数（内部摩擦⾓）

細粒⼟の⾻格構造と⼟の特性との関係

⼟質⼒学で考える⼟のひずみ領域

⼟，地盤と構造物の関係と本書(⼟質⼒学)の対応