1級土木施工管理技士(第一次検定) ① 土木の基礎工学

土木構造物を支える理論的な土台を扱う分野です。土質力学では、土の三相構成、含水比と間隙比、粒度分布、圧密沈下、せん断強度と土圧が中心テーマになります。水理学では、静水圧、ベルヌーイの定理、開水路と管路の流れ、堰と流量計算が問われます。構造力学では、反力と応力、断面性能、たわみが対象です。計算問題が多い分野ですが、出題される公式は限られているため、代表パターンを押さえれば安定した得点源になります。

この分野の問題44問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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第1問土粒子の分類において、砂の粒径範囲はどれか。

  1. A0.005mm未満
  2. B0.075mm〜2mm未満
  3. C0.005mm〜0.075mm未満
  4. D2mm〜75mm未満
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正解:B.0.075mm〜2mm未満

砂の粒径範囲は0.075mm〜2mm未満である。

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第2問土粒子の粒径分類に関する記述のうち、正しくないものはどれか。

  1. A砂は粒径0.075mm〜2mm未満である
  2. B粘土は粒径0.005mm未満である
  3. Cシルトは粒径0.075mm〜2mm未満である
  4. D礫は粒径2mm〜75mm未満である
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正解:C.シルトは粒径0.075mm〜2mm未満である

シルトの粒径は0.005mm〜0.075mm未満である。

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第3問乾燥密度の定義として正しいものはどれか。

  1. A土の全体積に対する土の全質量の比
  2. B土の間隙の体積に対する土の土粒子部分の質量の比
  3. C土の土粒子部分の体積に対する土の土粒子部分の質量の比
  4. D土の全体積に対する土の土粒子部分の質量の比
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正解:D.土の全体積に対する土の土粒子部分の質量の比

乾燥密度は土の全体積に対する土粒子部分の質量の比である。

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第4問土の間隙の体積に対する間隙に占める水の体積の百分率を何というか。

  1. A含水比
  2. B飽和度
  3. C間隙比
  4. D間隙率
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正解:B.飽和度

間隙の体積に対する水の体積の割合は飽和度である。

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第5問土粒子部分の質量に対する、間隙に含まれる水の質量の百分率を示す用語はどれか。

  1. A含水比
  2. B飽和度
  3. C間隙率
  4. D湿潤密度
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正解:A.含水比

含水比は土粒子質量に対する水の質量の割合である。

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第6問液性限界の定義として正しいものはどれか。

  1. A固体状から半固体状に移るときの境界の含水比
  2. B塑性状から半固体状に移るときの境界の含水比
  3. C体積が減少しない状態の含水比
  4. D塑性状から液状に移るときの境界の含水比
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正解:D.塑性状から液状に移るときの境界の含水比

液性限界は土が塑性状から液状に移る境界の含水比である。

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第7問液性限界と塑性限界の含水比の幅を何というか。

  1. A塑性指数
  2. B飽和度
  3. C収縮限界
  4. D間隙比
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正解:A.塑性指数

液性限界と塑性限界の含水比の幅は塑性指数と呼ばれる。

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第8問収縮限界の定義として正しいものはどれか。

  1. A土が半固体状から塑性状に移るときの境界の含水比
  2. B含水比を増しても体積が増加しない状態の含水比
  3. C含水比をある量以下に減じても体積が減少しない状態の含水比
  4. D土が塑性状から液状に移るときの境界の含水比
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正解:C.含水比をある量以下に減じても体積が減少しない状態の含水比

収縮限界は体積が減少しなくなる境界の含水比である。

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第9問水を多く含んだ粘性土のコンシステンシーは、水が少なくなるに従いどのように状態変化するか。

  1. A塑性状 → 半固体状 → 固体状
  2. B塑性状 → 固体状 → 半固体状
  3. C固体状 → 半固体状 → 塑性状
  4. D半固体状 → 塑性状 → 固体状
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正解:A.塑性状 → 半固体状 → 固体状

水が少なくなるに従い、塑性状、半固体状、固体状と変化する。

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第10問土の全体積に対する土の間隙の体積の百分率を示す用語はどれか。間隙比と紛らわしいため注意すること。

  1. A間隙比
  2. B含水比
  3. C間隙率
  4. D飽和度
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正解:C.間隙率

全体積に対する間隙の体積の割合は間隙率である。

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第11問垂直応力度と材軸方向のひずみ度との比を表す用語はどれか。

  1. Aポアソン比
  2. Bヤング係数
  3. Cクリープ
  4. D塑性指数
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正解:B.ヤング係数

垂直応力度とひずみ度の比はヤング係数である。

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第12問物体に外力を加えて変形した後に、外力を除いても変形が残る性質を何というか。

  1. Aクリープ
  2. B座屈
  3. C弾性
  4. D塑性
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正解:D.塑性

外力を除いても変形が残る性質は塑性である。

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第13問活荷重(積載荷重)の説明として正しいものはどれか。

  1. A躯体や容易に取り外したり移動しない構成部分の重さ
  2. B自動車や列車のように一定の重さが構造物の上を移動するもの
  3. C車輪を通して1点に集中して作用する集中荷重
  4. D橋げた自体の重さや雪の荷重のような分布荷重
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正解:B.自動車や列車のように一定の重さが構造物の上を移動するもの

活荷重は移動する自動車等の重さによる荷重である。

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第14問力の三要素に含まれないものはどれか。

  1. A作用時間
  2. B大きさ
  3. C向き・方向
  4. D作用点
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正解:A.作用時間

力の三要素は大きさ、向き・方向、作用点である。

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第15問力のモーメントの符号について、正しいものはどれか。

  1. A上向きを正、下向きを負とする
  2. B右向きを正、左向きを負とする
  3. C時計回りを負、反時計回りを正とする
  4. D時計回りを正、反時計回りを負とする
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正解:D.時計回りを正、反時計回りを負とする

回転方向が時計回りを正、反時計回りを負とする。

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第16問構造物のつり合い条件で、縦方向に移動しない条件を示す式はどれか。

  1. AΣY=0
  2. BΣX=0
  3. CΣM=0
  4. DΣZ=0
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正解:A.ΣY=0

縦方向の力の総和が0であることはΣY=0で表される。

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第17問構造物を支える支点のうち、反力が水平方向、鉛直方向、回転方向の3つとなるものはどれか。

  1. A移動端
  2. B回転端
  3. C固定端
  4. D自由端
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正解:C.固定端

どの方向にも移動できず回転もできない固定端は3つの反力を生じる。

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第18問回転端(ピンまたはヒンジ)において生じる反力の方向はどれか。

  1. A鉛直方向のみの1方向
  2. B水平方向、鉛直方向の2方向
  3. C回転、水平方向、鉛直方向の3方向
  4. D回転方向のみの1方向
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正解:B.水平方向、鉛直方向の2方向

回転端は移動しないが回転自由なため、水平と鉛直の2方向に反力が生じる。

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第19問最大荷重がw、荷重の長さがlの等変分布荷重における、全荷重Wを求める式はどれか。

  1. AW = w × l^2
  2. BW = w × l
  3. CW = 1/2 × w × l
  4. DW = 1/2 × w × l^2
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正解:C.W = 1/2 × w × l

等変分布荷重の全荷重は三角形の面積と同様に1/2×w×lで求める。

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第20問円の面積を直径Dを用いて算出する式として正しいものはどれか。

  1. AπD / 4
  2. BπD^2 / 2
  3. CπD^3 / 4
  4. DπD^2 / 4
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正解:D.πD^2 / 4

円の面積は半径の2乗×πであり、直径Dを用いるとπD^2/4となる。

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第21問曲げモーメント図(M図)を描く際、下が凸となる場合(正の曲げモーメント)は材のどちら側に描くか。

  1. A材の圧縮側に描く
  2. B材の上側に描く
  3. C材の凸側(引張側)に描く
  4. D材の左側に描く
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正解:C.材の凸側(引張側)に描く

下が凸(+)の場合は材の凸側(引張側)に描く。

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第22問図心の特性に関する記述として正しいものはどれか。

  1. AX軸のみ断面一次モーメントが最大になる
  2. BX軸、Y軸ともに断面一次モーメントが0になる
  3. CY軸のみ断面一次モーメントが最大になる
  4. DX軸、Y軸ともに断面二次モーメントが0になる
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正解:B.X軸、Y軸ともに断面一次モーメントが0になる

図心を通る軸に対しては、断面一次モーメントは0になる。

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第23問幅b、高さhの長方形断面における、図心を通るX軸まわりの断面二次モーメントの式はどれか。

  1. Abh^2 / 6
  2. Bhb^3 / 12
  3. Cbh^3 / 3
  4. Dbh^3 / 12
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正解:D.bh^3 / 12

X軸まわりの断面二次モーメントはbh^3/12である。

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第24問幅b、高さhの長方形断面における、図心を通るY軸まわりの断面二次モーメントの式はどれか。X軸まわりと混同しないこと。

  1. Ahb^3 / 12
  2. Bbh^3 / 12
  3. Chb^2 / 6
  4. Dbh^3 / 3
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正解:A.hb^3 / 12

Y軸まわりの断面二次モーメントはhb^3/12である。

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第25問細長い材の材軸方向に圧縮力が生じているとき、その力がある限界を超えると材が安定を失って曲がる現象を何というか。

  1. Aクリープ
  2. B座屈
  3. C塑性
  4. Dポアソン比
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正解:B.座屈

限界を超える圧縮力で安定を失って曲がる現象を座屈という。

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第26問一定の大きさの持続荷重によって、時間とともにひずみが増大する現象はどれか。塑性と間違えやすいので注意。

  1. Aクリープ
  2. B座屈
  3. C塑性
  4. D弾性
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正解:A.クリープ

持続荷重により時間とともにひずみが増大する現象はクリープである。

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第27問外力が材軸に対して直角に作用したときに、部材断面をずらすように生じる抵抗力を何というか。

  1. A引張応力
  2. B圧縮応力
  3. Cせん断応力
  4. D曲げモーメント
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正解:C.せん断応力

断面をずらすように生じる抵抗力はせん断応力である。

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第28問力のモーメントについて、力が同じ場合、回転中心からの距離が長くなるとモーメントの大きさはどうなるか。

  1. A小さくなる
  2. B変わらない
  3. Cゼロになる
  4. D大きくなる
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正解:D.大きくなる

モーメントは力×距離であるため、距離が長くなると大きくなる。

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第29問次のうち、一般にニュートン流体として扱いにくいものはどれか。

  1. A水
  2. B空気
  3. Cフレッシュコンクリート
  4. Dグリセリン水溶液
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正解:C.フレッシュコンクリート

水や空気などはニュートン流体として扱われる。フレッシュコンクリートは降伏値をもつ非ニュートン流体の性質を示す。

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第30問液体の粘性係数と温度・圧力との関係について正しいものはどれか。

  1. A温度が上昇すると減少し、圧力が高くなると少し増加する
  2. B温度が上昇すると増加し、圧力が高くなると減少する
  3. C温度が上昇しても変化せず、圧力が高くなると減少する
  4. D温度に関係なく一定で、圧力が高くなると増加する
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正解:A.温度が上昇すると減少し、圧力が高くなると少し増加する

液体の粘性係数は温度上昇で減少し、圧力上昇で少し増加する。

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第31問気体と液体の圧縮性に関する記述のうち、誤っているものはどれか。

  1. A気体は液体に比べて圧縮しやすいので圧縮性流体と呼ばれる
  2. B液体は気体に比べて圧縮しにくいので非圧縮性流体と呼ばれる
  3. C圧縮率の逆数は体積弾性率と呼ばれる
  4. D気体の粘性係数は圧力の上昇とともに大きく減少する
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正解:D.気体の粘性係数は圧力の上昇とともに大きく減少する

気体の粘性係数は圧力とは無関係である。

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第32問毛管現象において、細い管の中の液面高さは何に比例するか。

  1. A管の太さ
  2. B表面張力
  3. C大気圧
  4. D流体の体積
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正解:B.表面張力

毛管現象における管中の液面高さは表面張力に比例する。

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第33問圧力計が示すゲージ圧を求める式はどれか。

  1. A絶対圧 - 大気圧
  2. B絶対圧 + 大気圧
  3. C大気圧 - 絶対圧
  4. D絶対圧 × 大気圧
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正解:A.絶対圧 - 大気圧

ゲージ圧は絶対圧から大気圧を差し引いた圧力である。

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第34問密閉容器内に静止している流体の一部に加えた圧力が、流体の全ての部分にそのまま伝達される原理を何というか。

  1. Aベルヌーイの定理
  2. Bニュートンの粘性法則
  3. Cアリエビの公式
  4. Dパスカルの原理
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正解:D.パスカルの原理

圧力が全体に伝達される原理はパスカルの原理である。

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第35問ベルヌーイの定理が示している保存法則はどれか。

  1. A質量保存の法則
  2. Bエネルギー保存の法則
  3. C運動量保存の法則
  4. D電荷保存の法則
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正解:B.エネルギー保存の法則

ベルヌーイの定理は流体におけるエネルギー保存の法則を示す。

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第36問ベルヌーイの定理の式において、「速度水頭」を表す項はどれか。

  1. Ap / ρg
  2. Bz
  3. Cv^2 / 2g
  4. Dρgh
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正解:C.v^2 / 2g

速度エネルギーに相当する項である v^2/2g を速度水頭という。

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第37問全圧、静圧、動圧の関係を表す式として正しいものはどれか。

  1. A全圧 = 動圧 - 静圧
  2. B全圧 = 静圧 - 動圧
  3. C全圧 = 動圧 × 静圧
  4. D全圧 = 動圧 + 静圧
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正解:D.全圧 = 動圧 + 静圧

全圧は静圧と動圧の和であり、流れを完全に止めたときに得られる圧力に相当する。

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第38問マニングの公式において、流量Qを求める式はどれか。(n:粗度係数、A:流積、R:径深、I:動水勾配)

  1. AQ = n * A * R^(1/2) * I^(2/3)
  2. BQ = 1/n * A * R^(1/2) * I^(2/3)
  3. CQ = 1/n * A * R^(2/3) * I^(1/2)
  4. DQ = n * A * R^(2/3) * I^(1/2)
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正解:C.Q = 1/n * A * R^(2/3) * I^(1/2)

マニングの公式は Q = 1/n * A * R^(2/3) * I^(1/2) である。

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第39問流体が直管路を満流で流れる場合、圧力損失の大きさは平均流速の何乗に比例するか。

  1. A2乗
  2. B1乗
  3. C平方根
  4. D3乗
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正解:A.2乗

ダルシー・ワイスバッハの式により、圧力損失は平均流速の二乗に比例する。

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第40問ウォーターハンマーに関する記述として正しいものはどれか。

  1. A管路を流れる流体の密度が小さいほど水撃圧は高くなる
  2. B鋼管は塩化ビニル管に比べてヤング率が大きいため水撃圧が大きくなる
  3. C液体の管内流速が遅い場合に発生しやすい
  4. D弁の閉止をゆっくり行うと水撃圧は最大になる
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正解:B.鋼管は塩化ビニル管に比べてヤング率が大きいため水撃圧が大きくなる

鋼管はヤング率が大きいため、急閉止時にかかる水撃圧は大きくなる。

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第41問断面の直径をdとしたとき、工学的計算で断面積を求める式はどれか。

  1. Aπ × d^2 / 4
  2. Bπ × d^2 / 2
  3. Cπ × d^3 / 4
  4. Dπ × d / 4
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正解:A.π × d^2 / 4

断面積はπ×直径の2乗を4で割って計算する。

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第42問大気圧の1気圧の大きさは、概ね深さ何mの水圧に相当するか。

  1. A50m
  2. B5m
  3. C1m
  4. D10m
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正解:D.10m

1気圧は概ね深さ10mの水圧に相当する。

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第43問土中を浸透する水の流速が動水勾配に比例するという関係を表す法則はどれか。

  1. Aベルヌーイの定理
  2. Bダルシーの法則
  3. Cパスカルの原理
  4. Dニュートンの粘性法則
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正解:B.ダルシーの法則

土中の浸透流速は動水勾配に比例し、その比例定数を透水係数という。この関係をダルシーの法則という。

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第44問地下水位以下の飽和した土における全応力・間隙水圧・有効応力の関係を表す式はどれか。

  1. A有効応力 = 全応力 + 間隙水圧
  2. B有効応力 = 間隙水圧 - 全応力
  3. C有効応力 = 全応力 - 間隙水圧
  4. D有効応力 = 全応力 × 間隙水圧
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正解:C.有効応力 = 全応力 - 間隙水圧

有効応力の原理により、有効応力は全応力から間隙水圧を差し引いて求める。せん断強さを支配するのは有効応力である。

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