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地盤について(2-土の基本的性質と分類)

エンベッド
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
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