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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

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序論・地盤形成

土質力学Ⅰ

2019. 4. 8

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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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：神戸層（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！

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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

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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 year

15 – 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．

関西国際空港における地盤沈下が大きくて長く続く理由．

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．

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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、締固めが悪いと長期的に沈下が進む．

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．

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土の生成と土質力学の基本

人間の主たる活動範囲

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海水面の変動の推移

土と軟弱地盤の生成過程

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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

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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

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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

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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