地盤のすべり面とは？せん断抵抗・せん断強さの求め方

この記事の要点

地盤のすべり面とは、地盤に生じるせん断応力がせん断強さを超えたときに形成される破壊面です。

土のせん断強さはs＝c＋σtanφで求められ、τ＞sとなったときにせん断破壊が起きてすべり面が形成されます。

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地盤のすべり面とは、地盤に圧力（圧縮荷重）が作用するとき、地盤内部に生じるせん断応力が「せん断強さを上回った時に形成される破壊面」のことです。

簡単にいうと、地盤がせん断破壊したときの破壊面です。

なお、地盤のすべり面は曲面ですが、簡単のため平面として扱い土圧（クーロンの土圧）を算定することもあります。

今回は地盤のすべり面の意味、せん断抵抗とせん断強さの関係、せん断強さの求め方について説明します。

せん断破壊、土のせん断強さの詳細は下記が参考になります。

地盤のすべり面とは？せん断抵抗とせん断強さの関係は？

地盤のすべり面とは、地盤に圧力（圧縮荷重）が作用するとき、地盤内部に生じるせん断応力が「せん断強さを超えたときに形成される破壊面」をいいます。簡単にいうと、地盤がせん断破壊したときの破壊面です。

下図に地盤のすべり面を示します。地盤のすべり面は曲面ですが、計算上は平面として扱い土圧（クーロンの土圧）を算定することもあります。

地盤のすべり面

上図のように、地盤がせん断破壊するとすべり面より左側にある土塊は流れてしまいます。すなわち地盤に生じるせん断応力は下側に向いており、逆に、せん断応力に抵抗する「せん断抵抗（せん断抵抗力）」は上側を向いています。

せん断応力τがせん断強さsより小さい状態「τ＜ｓ」であれば、応力と抵抗力はつり合っておりせん断破壊は起きませんが、τが大きくなり「τ＞ｓ」となれば、せん断破壊が起きるのです。

なお、せん断破壊は鉄筋コンクリート造の各部材でも問題になります。せん断破壊の詳細は下記が参考になります。

土のせん断強さsの求め方を下記に示します。

・s＝c＋σtanφ

cは粘着力、σは垂直応力、φは内部摩擦角（せん断抵抗角）です。上式より、土のせん断強さは下図に示すような一次関数で表すことが可能です。また、せん断強さsは、垂直応力と無関係の値（粘着力c）と、垂直応力σに比例する値があることがわかります。

土のせん断強さ

さらに、前述の式を有効応力表示すると下式が得られます。

・s＝c'＋(σ－u)tanφ

c'は有効応力表示した粘着力、σは全応力、uは間隙水圧です。なお、せん断強さの単位はkN/㎡を用いることが多いです。土のせん断強さ、有効応力の詳細は下記が参考になります。

混同しやすい用語

せん断破壊

せん断破壊とは、土や構造部材にせん断応力が限界を超えたときに生じる破壊現象そのものを指します。

これに対して地盤のすべり面とは、地盤がせん断破壊したときに形成される破壊面（曲面）です。

すべり面はせん断破壊の結果として形成されるものであり、現象と結果という関係になります。

地盤のすべり面を整理した表を示します。