学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和5年度 学科Ⅳ（構造） 問19
問題・正答・学習用解説
問題
土質及び地盤に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。選択肢
正答と解説
正答：（1）
正答の考え方
砂質土の値が大きいほど、内部摩擦角が小さくなるという記述が誤りです。値は、標準貫入試験で試験器を所定の深さまで打ち込むのに要する打撃回数で、砂がどれだけ締まっているかを推定する手掛かりになります。一般に、大きい値の砂ほど密で、内部摩擦角も大きく評価されます。
内部摩擦角は、土の粒同士が滑ろうとするときの抵抗を表す量です。密な砂では粒がよくかみ合い、ずれる際には周囲の粒を押し広げながら乗り越える必要があるため、大きな抵抗を示します。ゆるい砂より小さくなるという記述は傾向が逆です。
土のせん断強さは、単純化するとで表せます。は粘着力、は粒同士を押し付ける有効応力度です。砂では粘着力をほぼ0として扱うことが多く、摩擦と押付け力が抵抗の中心になります。ただし値は深さや上載圧、粒の大きさなどにも影響されるため、値だけであらゆる土の性質を決めるのではなく、土質・深さと合わせて評価します。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）一般には値が大きい砂ほど密に締まり、内部摩擦角は大きくなります。値は「打撃に抵抗する度合い」、内部摩擦角は「粒がずれることへの抵抗」を表し、全く同じ量ではありませんが、砂の密実さを介して関連します。内部摩擦角が大きいほど、同じ有効応力度でのせん断抵抗も大きくなります。数値が大きい方を弱い砂と解釈しないようにします。
選択肢2
（2）細粒分は砂より細かいシルトや粘土の粒です。一般に、細かい粒を多く含む土は表面積が大きく、水を保持しやすいため、含水比が大きくなる傾向があります。含水比は水の質量を乾燥した土粒子の質量で割った値で、土全体の質量に対する割合ではありません。地下水条件や粘土の種類によっても変わるので、細粒分含有率だけで水分量が一意に決まるわけではありませんが、記述の一般的傾向は適切です。
選択肢3
（3）大きなせん断ひずみになると、粒同士の接触やかみ合いがずれ、地盤は小さなひずみのときほど硬く抵抗できなくなります。そのためせん断剛性は減少します。一方、行きと戻りの経路のずれが大きくなり、振動エネルギーを消費する割合を表す減衰定数は増大します。剛性低下と減衰増加は、どちらも土の非線形な変形を示す性質です。減衰が増えるから地盤が安全になると単純に判断することはできません。
選択肢4
（4）基礎直下が良い地盤でも、そのさらに下に液状化する層があれば、下層の支持の低下や体積収縮によって基礎が沈む可能性があります。影響は液状化層の厚さ、液状化の程度、上の非液状化層の厚さなどで変わります。したがって、基礎底面に直接接していないことだけで検討不要にはできません。建物が支える地盤の範囲を深さ方向へ追い、沈下や傾斜など、地表に現れる影響を評価する必要があります。
周辺知識
土は、土粒子だけがぎっしり詰まった固体ではなく、粒の間に水や空気を含む材料です。上からの全応力のうち、水が受け持つ圧力を間隙水圧とすると、粒同士の接触で伝える有効応力はです。摩擦による強さには、この粒同士を押し付ける力が重要です。
地震でゆるい飽和砂が繰り返し揺すられると、粒が詰まり直そうとします。水がすぐに逃げられないと水圧が高くなり、有効応力が小さくなります。粒同士の支えが弱まり、液体のように大きく変形する状態が液状化です。水圧が下がった後に粒が詰まり、地盤が沈むこともあります。
また、地盤の硬さは一定ではありません。小さな揺れで測ったせん断剛性を、大地震の大きなひずみへそのまま使うと、実際より硬い地盤として評価してしまいます。支持力、沈下、液状化、振動時の剛性と減衰は関連しますが、別々に調べるべき性質です。一つの値の大小だけで全ての安全性を判断しないようにします。