建築基礎構造講義(３) 地盤について（2）（土の基本的性質と分類） 1 到達目標 z土の分類法、粒径加積曲線の意味、土の構成を知るための物理量（間隙比、間隙率、飽和度、含水比、土粒子の比重、土の単位体積重量）などが理解できる。 z土質柱状図が読める。テキスト（第2章地盤の性質p.15～20） 2 土の粒径区分とその呼び名 z 土は土粒子の大きさによって，礫，砂，シルト，粘土に分類される。 { 直径が2mm以上の粒子を礫と呼ぶ { 直径2mm～0.075mmの粒子を砂と呼ぶ { 直径75μm（0.075mm）～5μmのものをシルトと呼ぶ { 直径5μm以下の粒子を粘土と呼ぶ { 直径20cm程度の岩石を玉石と呼ぶ { 直径50cm以上の大きな岩石を転石と呼ぶ 3 土の分類法 z 地盤を構成している土粒子の大きさによって土を分類する方法を粒度分類と呼ぶ。 { 粒度は，土を構成する土粒子の粒径と質量の関係を表し，土粒子の大きさの分布状態を質量百分率で表したものを粒度と呼ぶ。 { 0.075mm以上の質量調査はふるいによって行い，0.075mm未満の粒子の調査は沈殿分析法によって行う。 z 沈殿分析法は，Stokesの法則を用いて水中落下する粒径と速度の関係から粒径分布を求めるもの { ある粒径より細かい粒子の質量百分率を通過質量百分率と呼び，横軸に粒径，縦軸に通過百分率を取って土の粒度組成を表した図を粒径加積曲線または粒度曲線と呼ぶ。 4 粒径加積曲線均等粒度の土粒度分布のよい土 5 土の粒度分布の特徴粒径加積曲線から、 {通過百分率10%に相当する粒径→粒径D10 {通過百分率60%に相当する粒径→粒径D60 {均等係数 Uc = D60 / D10 {通過百分率50%に相当する粒径→平均粒径D50 を求める。均等係数が1に近いほど曲線は立っており、 {Uc が５以下程度の土→粒度が一様（均等粒土）の土 {Uc が10から20程度の土→粒度分布のよい土と言う。 6 三角座標（日本統一土質分類法） z 粒度分布（粒径加積曲線）の結果から，細粒分，砂分，礫分の質量割合によって土を分類する方法に三角座標分類法がある。砂分30% 細粒分25% 礫分45% 7 土の構成 z土は土粒子（固体），水（液体）および空気（気体）で構成されている z土粒子の間の空間は空気と水で埋められており，この空間部分を間隙と呼ぶ z一定の堆積の土に含まれる土粒子，空気，水の量や重さは，それぞれの土によって異なる 8 土の構成に関する模式図体積質量重量 mw Ww 空気 Vv Vw 水 m V Vs 土粒子の部分 ms W Ws 9 土粒子の密度と土の単位体積重量体積質量土粒子の密度重量 Gs = 空気 Vv Vw 水 mw m 土粒子の部分 (g cm3 ) Ww V Vs 土粒子の質量 ms = 土粒子の体積 Vs ms W 土の単位体積重量 γ= Ws 砂 Gs = 2.59 ∼ 2.74g cm3 シルト Gs = 2.70 ∼ 2.85g cm3 粘土 Gs = 2.66 ∼ 2.90g cm3 土の重量 W = 土の体積 V (k N m ) 3 乾燥単位体積重量通常の土の単位体積重量 γ = 14 ∼ 20 kN m3 水中での土の単位体積重量 γ ′ = 4 ∼ 10 kN m3 γd = 土粒子の重量 Ws = V 土の体積 ( kN m ) 3 10 土の状態を表す指標含水比体積質量 w= 重量水の重量 W × 100 = w × 100 土粒子の重量 Ws (%) 空気飽和度 Vv Vw 水 mw Ww m V Vs 土粒子の部分 ms W Ws Sr = 水の体積 V × 100 = w × 100 間隙の体積 Vv 間隙比 e= 間隙：水＋空気部分の体積 Vv (%) V 間隙の体積 = v 土粒子の体積 Vs 間隙率 n= V 間隙の体積 × 100 = v × 100 土全体の体積 V (%) 11 砂の相対密度（砂の締まり程度を表す指標） emax − e Dr = emax − emin Dr : 相対密度 e : ある試料の間隙比 emax : その試料を最も緩い状態としたときの間隙比 emin : その試料を最も密の状態にしたときの間隙比砂の状態相対密度 N値地盤工学ではemaxとeminを求める試験方法について標準化している。非常に密な 0.8以上 50 相対密度が小さいと砂地盤では沈下や地震時に液状化の恐れがある。中くらいの 0.4～0.6 10～30 ゆるい 0.2～0.4 4～10 0.2以下 0～412 密な非常にゆるい 0.6～0.8 30～50 粘性土と水分の関係 z粘性土は水分量の多少によって，固体から液体までと状態を変える。土に適当に水がある状態でこね混ぜると，次第に柔らかくなるが，水分が多い場合は泥水のようになる。また，水分が少ない場合はぼろぼろになり，大きな塊を作ることは困難になる。 { 液性限界 wL：含水比がこの値を超えると流動性を示す { 塑性限界 wP：含水比がこの値を下回るともろくなる 13 塑性指数と液性指数流動性（状態）塑性状半固体・固体状（含水比）大液性限界塑性限界小塑性指数： I P = 液性限界 − 塑性限界 = wL − wP 液性指数： I L = ( wn − wP ) I P ここに，wn :自然状態の含水比液性指数は0に近いほど土は硬く，１に近いほど柔らかい 14 土質柱状図 15 土質記号 16 土性図 17 まとめ z土の分類は粒度分類によって行われる。 z粒径加積曲線から土の粒度分布がわかる。 z土の性質は，土粒子の密度，単位体積重量，含水比，飽和度，間隙比，間隙率などからわかる。 z砂の締まり程度を表す指標として相対密度がある。 z粘土は含水比によって状態が変わり，粘土の性質は液性限界と塑性限界によって測られる。 18