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
この記事の要点
間隙水圧とは、土の間隙に含まれる水による圧力で、単位はkN/m²です。
「全応力＝有効応力＋間隙水圧」の関係があり、有効応力は全応力から間隙水圧を引いて求めます。
地下水位が高いと間隙水圧が大きくなり地盤の安定計算に影響するため、本記事では求め方・有効応力との関係を解説します。
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地盤工学で「有効応力」を計算するには、全応力から間隙水圧を引く必要がある。
地下水位が高い現場では間隙水圧が大きくなり、地盤の強度や安定性の計算に直接影響する重要な値だ。
この記事では間隙水圧の意味・単位・求め方・有効応力と全応力との関係を解説する。
間隙水圧の値がわかりやすく（桁が多くなり過ぎないよう）配慮した単位にします。
なお、間隙水圧とは間隙水（土の含まれる水）による圧力です。今回は間隙水圧の単位と意味、求め方、間隙水圧と有効応力の関係について説明します。
間隙水圧、間隙水の詳細は下記が参考になります。
間隙水とは？1分でわかる意味、読み方、間隙の読み方、間隙水と不同沈下の関係は？
間隙水圧の単位は？
間隙水圧の単位は「kN/㎡」等を用います。間隙水圧は間隙水による圧力の値を表すので「単位面積あたりの力の単位」とします。よって
・kPa
・MPa
を用いてもよいです。間隙水圧の値がわかりやすく（桁が多くなり過ぎないよう）ような単位としましょう。間隙水圧、間隙水の詳細は下記をご覧ください。
間隙水とは？1分でわかる意味、読み方、間隙の読み方、間隙水と不同沈下の関係は？
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間隙水圧の求め方、間隙水圧と有効応力の関係は？
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は水面（水位）から間隙水圧uを求めようとする任意の点までの距離です。
・間隙水圧u＝γw×H
例として下図のA点における間隙水圧を求めましょう。地盤の層が色々あり複雑に見えますが間隙水圧の算定には無関係です。水位からA点までの距離が分かれば、あとは水の単位体積重量を掛け算するだけです。
よって、間隙水圧uは「10×6m＝60kN/㎡」です（※簡単のためγw=10kN/m3とする）。
前述の例で算定された間隙水圧は「静水圧」と等しくなります。
一方、下図のように地盤の上に荷重qが作用する場合、qの「載荷直後」はqの大きさだけ静水圧を超えて増加します。
この過剰な水圧を「過剰間隙水圧」といいます。
また、荷重qにより上昇した水頭をΔHとすれば「ΔH＝q/γw ⇒ q=ΔHγw」であり、間隙水圧uは
・間隙水圧u＝γwH+γwΔH
が得られます。過剰間隙水圧、静水圧の詳細は下記をご覧ください。
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？
なお、時間の経過と共に土は圧縮され過剰間隙水圧は低減し、土粒子骨格に応力が伝達されます。
土粒子骨格のみに作用する応力を「有効応力」といいます。有効応力σ'と間隙水圧uを合算した応力を「全応力σ」といい
・全応力σ＝有効応力σ'+間隙水圧u
で表します。上記より、間隙水圧uは全応力から有効応力を引いた値です。
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
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？
間隙水圧の単位を整理した表を示します。
| 項目 | 単位 | 補足 |
|---|---|---|
| 間隙水圧u | kN/㎡（kPa） | 単位面積あたりの力の単位を用いる |
| 間隙水圧u | MPa | 値が大きい場合に使用 |
| 有効応力σ'との関係 | σ'＝σ－u | 全応力σから間隙水圧を引いた値 |
まとめ
今回は間隙水圧の単位について説明しました。間隙水圧の単位は「kN/㎡」等のように「単位面積あたりの力の単位」とします。
よって、kPaやMPaを用いてもよいです。間隙水圧、有効応力、全応力の詳細など下記も勉強しましょう。
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？
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理解度チェック
間隙水圧の単位は？
kN/m2です。
有効応力はどう求める？
全応力から間隙水圧を引いて求めます（全応力＝有効応力＋間隙水圧）。
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- 2010年 弊サイトを開設
- 2010～2017年 国立大学大学院修了
- 2017年12月に当HPが書籍化。
- 「わかる構造力学」
- 2022年4月に「わかる構造力学」の改訂版出版。
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