土中の浸透と地下水、透水

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平成25年度試験~令和2年度試験の内容まで反映しております。

土中の浸透と地下水

・水頭(すいとう):水の持つエネルギーを水柱の高さに置き換えたもの。または水の単位重量あたりのエネルギー。圧力水頭、位置水頭、速度水頭がある。
・圧力水頭:水深に比例する静水圧に相当する水頭。圧力を水の単位体積重量で割って求める。
・位置水頭:基準面から水路の「ある位置」までの高さ。水の位置エネルギーを水頭で表したもの。
・速度水頭:流水の運動エネルギー。計算で求められる(速度の2乗に比例する)。
・前水頭:圧力水頭と位置水頭の和。ピエゾ水頭ともいう。
・全水頭:圧力水頭、位置水頭、速度水頭をすべて合わせたもの。
・土中では、水の流れが極めて遅いため、速度水頭は無視できる。逆に不透水層の下位層などでは、非常に大きな圧力水頭を持っており、掘削時の盤ぶくれなどの様々な問題を引き起こす。
・盤ぶくれ:難透水層の根切り底面が被圧帯水層(水圧の高い層)に押し上げられる現象。
・根切り:基礎構造物をつくるため、地盤を掘削すること。

透水

・不透水層に囲まれた場所の地下水は高い圧力を受けていることが多く、ここに井戸を掘ると水位が上がって水が噴き出す自噴井となる。このような地下水を被圧地下水という。
・透水の流速や方向が位置によって異なる2次元透水現象は非一様問題である。これを解く方法の1つとして、等ポテンシャル線と流線による図形的解法(正方形流線網)がある。
・非一様問題:すべて同じ(一様の)問題ではないということ。
・等ポテンシャル線:全水頭が等しいポイントをつなげた線。
・流線:ある瞬間における、流れ場の速度ベクトルを接線とする曲線(群)のこと。流れの中の曲線で、その上の任意の点における接線が流速ベクトルvと一致するもの。
・透水係数は室内試験で求める方法と現地で求める方法がある。室内透水試験は定水位透水試験と変水位透水試験があり、砂質土の透水係数は定水位透水試験、粘性土の透水係数は変水位透水試験で求める。
・砂質土:砂を多く含む土。
・粘性土:粘土、シルトを多く含む土。
・自然地盤の透水係数は、井戸やボーリング孔から水をくみ上げ、水位の回復する速度で透水係数を求める現場透水試験で求める。そのため、締固めた供試体を用いた室内透水試験の結果は、アースダムや堤防、道路、埋立地といった人工造成地盤の透水性、浸透水量を推定することに利用されることが多い。
・供試体:部材の強度などを推定する目的の制作物。
・水圧と空気圧の差をサクションという。間隙のサイズが小さいほどサクションは大きくなる。
・ダルシーの法則:v=ki(v:流速(cm/s) k:透水係数(cm/s) i:動水勾配)

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