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間隙水圧の基礎知識、有効応力との関係

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土は水、土粒子、空気で構成されますが、間隙水圧は土に含まれる間隙水による圧力です。間隙水圧は液状化や有効応力と関係します。今回は、そんな間隙水圧について説明します。※有効応力、間隙水については、下記が参考になります。

有効応力の基礎知識と、よくわかる全応力との違い

間隙比と間隙率の違いとは?サルでもわかる計算方法

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間隙水圧とは?

間隙水圧は、間隙水による圧力です。※間隙水については下記の記事が参考になります。

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間隙水と土粒子の骨格

地盤は土だけでなく水も湧き出ています。日本では湧水が多く、それが豊かな自然を構築する一方で、基礎構造物にとってはやっかいな存在です。


地下で水位がある場合、地盤による圧力だけでなく水圧が作用します。間隙水圧は地震時、急激に高くなります。地盤を突き破るほどの圧力になり、液状化の原因です。また、間隙水が多いと、長期に渡り圧密される可能性もあります。


そのため、圧密を促進するために間隙水を短期間で抜く工法もあります。※圧密については、下記が参考になります。

圧密とは?土の圧縮性の基礎知識

間隙水圧の計算方法

下図のように、地下水位が地面と同じ位置から出る地盤があります。

間隙水圧の求め方

6m地点の間隙水圧は下式です。

γwは水の単位体積重量、zは水深です。水の単位体積重量は、簡単のため10.0とします。水圧は、深さに応じて大きくなるので、三角形の圧力分布になります。

過剰間隙水圧と間隙水圧の関係

下図は粘土の圧密を、よく表したモデル図です。モデルの説明は下記が参考になります。

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圧密とは?土の圧縮性の基礎知識


間隙水圧と圧密の関係

蓋に荷重を加えると、バネと水圧が力を負担します。一方で孔から水が排水されます。この排水された分の間隙水圧を過剰間隙水圧といいます。


荷重を増加させるにつれて、バネの反力は荷重と釣り合うようになります。バネに作用する応力を有効応力と言います。有効応力は、土の骨格構造にのみ作用する応力です。間隙水圧が0になると、圧密は完了します。

まとめ

今回は、間隙水圧について説明しました。間隙水圧の計算方法や、過剰間隙水圧と有効応力の関係は理解しましょう。また、液状化が起きる仕組みも間隙水圧の上昇にあります。併せて覚えておきたいですね。下記も併せて参考にしてください。

間隙比と間隙率の違いとは?サルでもわかる計算方法

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