間隙水圧の求め方｜u=γw×H・全応力・有効応力との関係と圧密沈下への影響

この記事の要点

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間隙水圧u（kPa）は「γw × H」で求めます。

γwは水の単位体積重量（9.8kN/m³）、Hは水面から対象点までの深さです。

有効応力σ' = 全応力σ - 間隙水圧uの関係と、圧密沈下・液状化判定（過剰間隙水圧）への影響を実務目線で解説します。

また、土に作用する全応力σは「全応力σ＝有効応力σ'+間隙水圧u」なので「u=σ－σ'」のように算定可能です。

今回は間隙水圧の求め方、記号、全応力、有効応力との関係、静水圧、圧密との関係について説明します。

間隙水圧の詳細は下記が参考になります。

間隙水圧の基礎知識、有効応力との関係

間隙水圧の求め方は？記号は？

間隙水圧の求め方を下記に示します。γwは水の単位体積重量、Hは水位から間隙水圧を求めようとする地点までの距離です。

なお、間隙水圧を表す記号はuを用います。過剰間隙水圧はΔuで示します。

・間隙水圧u＝γw×H

上式より点Aにおける間隙水圧は、要するに「水の重さ」を求めれば良いのです。

よって、水の単位体積重量に高さを掛け算すれば、点Aに作用する間隙水の圧力が算定できます。

間隙水圧の求め方

たとえば下図に示すように、地盤の層が沢山あり複雑に見えても間隙水圧の算定は簡単です。

水位の位置と間隙水圧を求めようとする地点までの距離を算定すれば、水の単位体積重量と掛け算するだけです。

間隙水圧の求め方と例題

ただし、地盤表面に外部から荷重が作用する場合、その他、外力により間隙水圧が増加する場合は別途、過剰間隙水圧の算定が必要です。

間隙水圧の詳細は下記が参考になります。

間隙水圧の基礎知識、有効応力との関係

間隙水圧とは｜kN/m²の求め方と有効応力・全応力との関係をわかりやすく解説

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間隙水圧と全応力、有効応力との関係は？

間隙水圧uと全応力σ、有効応力σ'との関係を下記に示します。

・全応力σ＝有効応力σ'+間隙水圧u

土は土粒子、空気、水の3要素から構成されます。有効応力は土粒子骨格のみに作用する圧力、間隙水圧は間隙水による圧力です。

よって、土粒子と水に生じる圧力を合計すれば、土に生じる全ての応力（全応力）が得られます。

全応力、有効応力の詳細は下記をご覧ください。

全応力とは？1分でわかる意味、求め方、有効応力との違い、間隙水圧の求め方は？

有効応力の基礎知識と、よくわかる全応力との違い

間隙水圧と静水圧、圧密との関係は？

下図に示すように、地盤表面に外部からの荷重が無い場合、

間隙水圧uは水の単位体積重量に水の高さ（水位からある地点までの距離）を掛け算して算定します。

つまり、ここでの間隙水圧は「静止する水の重さ（静水圧）」と同様です。

間隙水圧と静水圧

一方、下図に示すように地盤表面に荷重qが作用する場合、荷重載荷直後は、荷重qは間隙水に伝達され、間隙水圧が増加します。

ここでの間隙水圧uは荷重qが加算されており、明らかに静水圧を超えており、静水圧を超過した水圧を「過剰間隙水圧」といいます。

間隙水圧と過剰間隙水圧

しかし時間の経過と共に、荷重により間隙水が排出され土の圧密が進行し、過剰間隙水圧は減少します。

その代わり、減少した過剰間隙水圧分の応力は土粒子骨格に伝達され、すなわち、有効応力が増加します。

圧密が完了すれば過剰間隙水圧は0になります。静水圧、過剰間隙水圧の詳細は下記が参考になります。

静水圧とは｜公式・三角形分布・動水圧との違い

過剰間隙水圧とは？1分でわかる意味、求め方、読み方、間隙水圧との違いは？

圧密とは｜時間をかけた地盤圧縮・圧密沈下・有効応力との関係

混同しやすい用語

試験での問われ方｜管理人の一言

間隙水圧の求め方を整理した表を示します。

項目	公式・内容	補足
間隙水圧u（基本式）	u＝γw×H	γw：水の単位体積重量、H：水位からの距離
全応力σとの関係	σ＝σ'＋u	u＝σ－σ'でも算定可能
静水圧と過剰間隙水圧	荷重載荷直後はu増加	圧密が進むと過剰間隙水圧は減少