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伊藤教授の土質力学講座
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第3章 土の透水性と毛管現象
土の透水性が問題となるのは、主として
(1)水をせき止めるために作ったダムや堤防から、漏水がどのくらいある
か。
(2)構造物の圧密沈下を起こす土層の、排水速度はいくらか。
(3)掘削工事中の湧水量の推定、および、それに伴う排水ポンプの容量の
決定など、土の中の自由水に関するものが多いが、このほか、土中には、表
面張力で吸い上げられている毛管水、および土粒子に結びついていると考え
られる吸着水がある。しかし、このうち毛管水と吸着水とが土に及ぼす力学
的影響については、まだあまりよくわかっていない。


3.1 土の透水性と透水係数
土の中の間隙は連続しているので、水が流れやすい。この水を通すことの
できる性質を透水性という。ダルシ−の実験から、水で飽和している土中の
透水量Qは、単位時間当り(3.1)式で表わされる。

 



 
土の透水係数kは、水の通りやすさを示す値であって、普通(cm/sec)あ
るいは(m/day)の単位を用いる。一般に、粘土よりも砂の方が透水係数は
大きく、土の種類別による透水係数の値は、およそ表−3.1のようである。
 

また、透水係数は土粒子の大きさ、間隙を流れる水の性質、土の間隙比お
よび間隙の構成などによって変化することが知られている。テルツァギ−は、
このような考え方で、実用式として(3.2)式を実験的に導き、またヘイゼン
は、上水道のろ過に用いる砂について実験し、より簡単な公式として(3.3)
式を作った。いずれも、砂の実験で求められたものであることに留意すべき
である。
 

 

 


3.2 透水係数の測定
ある土層の透水係数を実際に求める方法は、
(1)現場の土を採取し、これを用いて室内で実験を行なう。
→室内透水試験。
(2)現場の自然地盤について試験を行なう。
→現場試験(揚水試験)
の2種に大別される。室内試験は手軽で解析も容易であるが、土はサンプリ
ングによって、その状態が変わることが多いので、現場試験による方が信頼
性は高い。

3.2.1 定水位透水試験
礫・砂のような比較的、透水性がよい土の透水係数測定に適する室内試験
であって、透水係数k(cm/sec)は、ダルシ−の法則から3.4式で求められる。

 

3.2.2 変水位透水試験
細砂やシルトのような、透水性がやや低い土の透水係数測定に適する室内
試験である。図−3.6のような装置で試験を行ない。透水係数k(cm/sec)
は(3.5) 式で与えられる。



 
 
図-3.6定水位透水試験装置
 

3.2.3 圧密透水試験
粘土のような、ほとんど不透水性な土の透水係数k(cm/sec)は、第4章で
述べる圧密試験の結果から、(3.6) 式を使って求めている。



 

3.2.4 浅い井戸からの揚水試験
現地において浅い穴を掘り、井戸の底および側壁からわく水を汲み上げたと
きの地下水位の低下から、フォルヒハイマ−は、その滞水層の透水係数k(m
/day) を(3.7)式で求めることを提案した(図−3.7)。
 

 
図-3.7浅い井戸からの揚水試験
 
 

 

3.2.5 揚水試験
本格的な現場揚水試験は、図−3.8(a)、(b)のごとく、揚水井を中心
に1本設け、流れに並行に4本、流れに直角に4本の観測井を同心円上に設
置し、揚水井の水位が定常になったときの揚水量と、そのときの観測井の水
位低下から、透水係数k(m/day)を求めようとするものである。
 



 

3.3 成層土の透水係数
今までは、均一な土層の透水係数について説明してきたが、自然の地盤は、
多くの水平な層が重なって構成されていると考えられる。粗のような堆積状
態では、水平方向の平均透水係数kh と垂直方向の平均透水係数kv とは異
なっている。多くの地盤ではkh>kv であって、一般にkh≒(5〜30)kvの
ものが多いといわれている。

3.3.1 水平方向の平均透水係数
成層面に平行な方向の平均透水係数は、図−3.10を参照にして、(3.10)
式で与えられる。

 



3.3.2 垂直方向の平均透水係数
成層面に垂直な方向の平均透水係数khは、図−3.11を参照して、(3.1
  1. 式で与えられる。

 
 
図-3.11垂直方向の平均透水係数



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