最低限知っておくべき土の性質（ω、γ）

こんにちは、土木公務員ブロガーのカミノです。

土の性質について、私なりに、公務員が最低限知っておくべきだと思う「４つの土性値（ω、γ、c、φ）」を選んで解説しようと思います。

公務員に限らず、土木の実務に携わることになった初学者さんにとって分かりやすく説明します。

４つの土性値（土質定数）

土は「無数の土粒子＋空気＋水」で成り立っています。土のつぶつぶの隙間に空気と水があるイメージですね。

土粒子同士が強く結びつかず、かみ合っているだけで、ある意味不安定なモノです。だから他のコンクリートや鋼材などの物質とはちがう動きをして、その挙動を物理式で表すことは難しいとされています。実験や経験に基づき、色々な事象に対して、色々な物理式が提唱されています。

そんな土について、最低限知っておいてほしい土性値（土質定数）は以下の４つです。

他にも間隙比eとか、EとかGとかKとか、全応力とか有効応力とか間隙水圧とか言い出したら、そりゃもちろん全部重要なんですけど、、、

あのね、覚えるのものが多すぎね。

４つだけしっかり理解していれば、たとえばもっと詳しく支持力・土圧・沈下・斜面安定などのことを知りたいと思ったとき専門書を読みやすくなるし、地質コンサル・設計コンサルとの打合せや成果品も理解しやすくなります。たぶん。

では１つずつ見ていきます。

含水比ω［％］

含水比ωは、土粒子に対する水の質量の比のことです（百分率です）。土にどれだけ水が含まれているかを表す尺度になります。

砂の含水比は、おおよそ30％以下。
粘土では、60～100％。または100％を超えることもあります。

つまり、実験結果の数値がこれより大きければ「水含んどるな～べちょべちょやん」と思ってください。

地下水位より下では間隙の空気を押しやって全部水が占めて飽和土となりますが、含水比は質量比なので100％がMaxなわけではありません。（間隙体積に占める割合はべつに飽和度という土性値があり、飽和度は100％がMaxですよ。）

土には最適含水比というものがあって、締固めたときに一番密度が高くなる含水比のことです。水が少なすぎても多すぎてもダメなんです。盛土・路床・路盤を施工するときには最適含水比を目指して管理したほうがいいですね。締固めについては↓の記事で解説しています。

含水比ωは間隙比eを求めるための定数で、直接的に土の安定解析にはあまり使われないかなと思います。つまり、設計よりも施工のときに大事になる土質定数と言えるんじゃないかな。

土木公務員は、現場を監理する立場ですので、つねに土の中（地下水含む）をイメージできるように含水比は気にしておきましょう。

ちなみに、同じ記号ωが使われてるものに、液性限界ω_Lと塑性限界ω_Pがありますがこれらもある土の境界となる含水比のことです。

粘性土の話なんですが、液性限界ω_LのLはリキッドのことで、液性限界以上の含水比では土が液状になることを意味します。

一方、塑性限界ω_PのPはプラスチックのことで、これ以下の含水比では土が個体になることを意味します。（本当は半固体です。固体化するのは収縮限界なんだけど、液性・塑性を知ってた方がいいです）

たとえば、実験結果によって現場含水比が液性限界を超えてるようなデータが出てきたら現場の土は液状になっている、または、いつなってもおかしくない状態ということなので、「ちょいちょいちょい！めっちゃ危険な状態やん！」と思ってください。

単位体積重量γ［kN/m3］

単位体積重量γは、土の１ｍ3あたりの重さです。単位体積当たりの質量である密度に重力加速度を掛けたものです。密度［g/cm3］もデータでよく見ますね。あたりまえですけど、土の重さは土に関わるあらゆる問題の計算に必要となりますから、一番重要ですね。

単位体積当たりの土粒子だけの質量を乾燥密度、間に含まれる水分の質量も含めたものを湿潤密度といいまして、普通に単位体積重量といえば湿潤単位体積重量のことを指します。

砂では、γ＝16～20 kN/m3
粘土では、γ＝14～18 kN/m3

ですが、私は一般的に17～18 kN/m3くらいと覚えています。てきとーです。

高さ１ｍの盛土をしたとすると、γ×1.0ｍ＝17kN/m2の荷重が地盤面に作用することになります。これは3階建ての建物と同じくらいの荷重です。土って重いんですね。

さきほども書きましたが、実務ではγは土のさまざまな計算で必要になります。たとえば土圧（土から擁壁に横向きにかかる力）の場合、土圧強度Pは、P＝Kγhというシンプルな式で表現されます。Kは土圧係数、hは深さです。Kは可動する擁壁の場合はクーロン土圧の式などで求められます、これがすごく難しい。

土の強さって何？

粘着力ｃと内部摩擦角φは、土の強さを表す数値（強度定数）です。解説していたら長くなりましたので別記事に分けました。

とくに土木公務員はよく分かってない部分だと思いますので、ぜひ読んでほしいです。

おわりに

最低限の４つの土質定数を解説しました。ω、γのような定数を物理的定数と呼ばれ、ｃとφは力学的定数と呼ばれます。

なんとなく土のことが分かってきたかと思いますので、興味が湧いた人はさらに専門書を読まれてください。

私は土圧とかの詳しい概念や数式は解説しません（できません）。次回は粘性土と砂質土の違いを解説しようと思います。他には地盤の支持力についてとか、三軸圧縮試験とか？

おすすめ書籍のご紹介↓
建築・土木の専門家が素人にも分かりやすく地盤の安定解析の基本を説明をしてくれている本です。

参考になりましたら幸いです。またねん