まずはじめに、せん断抵抗角φから主働土圧係数 Kaを求める。

これより下式のように主働土圧合力の計算を行うが、地下水面以下の場合は土圧が有効応力で効いてくるので、単位体積重量は水中重量γ'を用いる。 これとは別に水圧が壁面に作用している。この合力を求めると下式のとおりとなる。このとき、水圧に対して Kaを乗じてはいけない。なぜなら流体は圧力がどの方向に対しても同じ大きさになるためである。 以上より、建物地下壁に作用する土圧と水圧の合力を計算する。 ミクロ的に見ると、壁面は土粒子からの力と水分子からの力をそれぞれ独立して受けているので、計算も個別に求めてから合算する。

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＜補足＞

上の解答例ではいきなり土圧合力を計算しているが、この式の根拠は下図のように壁面にそれぞれ土圧と水圧が三角形分布しているという前提における面積計算なのである。土圧ではまず建物最下部、Ｂ点の水平応力を求める。

これより三角形の面積計算を行えば土圧合力が求められる。 底板部(Ｂ点)の水圧は土圧係数を乗じてはいけないので、 となり、これより三角形面積計算を行うと下式が得られる。

ちなみに、土圧を三角形分布と考えて良いのは壁面がほとんど変形せず剛体と仮定できる時である。壁体に大きな変形が生ずる仮設構造物等では、水圧は深さに比例するが土圧の線形分布は成り立たない。

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＜考察＞

もし、地下水位が建物より下まで低下したらどうなるだろうか。
土の単位体積重量は変わらないものとして計算してみると、

が得られる。このとき有効応力＝全応力なので、土圧合力は大きくなる。一方 水圧はゼロになるので、建物壁面に作用する力全体では水位が高いときより小さくなり安全側になることがわかる。
上の計算例を見てわかるように、水位が高いとその合力は土圧そのものより遙かに大きくなることがあるので、地下構造物を設計する場合は周囲の地下水の状況把握が大変重要であることが容易に想像できる。