第４回土砂災害に関するシンポジウム論文集，2008 年 8 月

水浸沈下が壁面土圧に及ぼす影響
EFFECTS OF SETTLEMENT DUE TO SUBMERGENCEON EARTH PRESSURE AGAINST WALL

日置和昭 1・東紘士 2・菅浩亮 2
Kazuaki HIOKI, Hiroshi AZUMA and Kosuke SUGA

1大阪工業大学工学部（〒535-8585 大阪市旭区大宮 5-16-1）
E-mail: Hioki@civil.oit.ac.jp

2

大阪工業大学大学院工学研究科（〒535-8585 大阪市旭区大宮 5-16-1）

Key Words: settlement due to submergence, earth pressure against wall, backfill, model test

1．はじめに

2．水浸土圧試験装置の試作

近年，我が国では狭隘な地形を背景に，V 字谷に水浸土圧試験装置の概略図を図－1 に示す．水浸土

道路や鉄道，宅地などの盛土を造成する場合が多い．

圧試験装置の主要部は，試料を詰める透明アクリル

しかし，V 字谷に造成した盛土は，本来の谷筋の地容器（高さ 28.4cm，奥行き 20.0cm），変位制御装置，形・地質状態から，水の供給を極めて受け易い条件

積層バー（9 個の縦横 3.0cm，奥行き 20.0cm の移動下にあるため，締固めが不足すると，水浸沈下の発可能なバーであり，上下・左右にテフロンテープを生し易い盛土を造成することになる．このような盛貼付している），ゴムスリーブ（積層バーに装着して土の造成に際し，土留めを目的に擁壁を設けることいる），荷重計（積層バーを介して土圧ならびに水圧があるが，擁壁裏込め土は十分な締固めが困難であを測定する），フィルター付底板（一様に水位を上昇るため，施工上締固め不足になり易い．周知のとおさせるため，同心円状と放射状の流路を設けている），り擁壁は豪雨時にしばしば崩壊するが，その一要因

変速モーター付定流量ポンプから成る．

として水浸沈下が挙げられる．すなわち，締固め不静水圧によるキャリブレーション結果を図－2 に足の擁壁裏込め土が浸水すると，水浸沈下が発生し，示す．同図より，静水圧の理論値と実測値は概ね一裏込め土の強度が著しく低下することに起因して擁致しており，これをもってキャリブレーションを完壁に作用する壁面土圧が増大するものと推察される．

了とした．

しかし，水浸沈下発生時における壁面土圧増加のメカニズムについては十分に解明されておらず，その3．試料および試験方法定量的評価もなされていないのが現状である．
本研究では，豪雨などにより擁壁裏込め土の地下水浸土圧試験には，土粒子の密度 ρs が 2.69g/cm3

水位が急激に上昇する場合を想定し，水浸土圧試験で，砂分 95%，シルト以下分 5%の購入まさ土を用を実施した．具体的には，水浸土圧試験装置を試作いた．試験手順は，以下のとおりである．

し，擁壁裏込め土が水浸沈下する場合としない場合

1)

含水比調整した試料（w0＝10%）を所定の密の壁面土圧を経時的に測定することにより，水浸沈度（ρt＝1.40g/cm3，1.60g/cm3）となるよう透下が壁面土圧に及ぼす影響について種々の検討を行明アクリル容器内に均質に詰めた（密度が均った．

質な 9 層の水平層を木板による転圧により造成し，模擬裏込め土とした）．

実測値
5水位（cm）

101520

6.0
4.0-20.00-2.02荷重計No.3
ρｔ＝1.60g/cm3-4.0

2.0

4-6.0

60

1.0-42.025300.0-6
壁面土圧増加量
静水圧
沈下量

沈下量（cm）

理論値

20

壁面土圧増加量･静水圧（kN/m ）図－1 水浸土圧試験装置の概略図

510経過時間（min）

1520

図－3 壁面土圧増加量の経時変化（荷重計 No.3：ρt＝1.60g/cm3）3.0

静水圧（kN/m2）

2)

模擬裏込め土に 5.0kN/m2 の等分布荷重を載荷し，載荷により沈下が生じる場合には，沈下が収束するまで待った．

3)

積層バーに変位が生じないよう変位制御装置により積層バーを固定した後，定流量ポンプを用いて給水（約 260cm3/min）を行い，水浸に伴う壁面土圧（土圧と静水圧の和）の増加量を荷重計 No.1～No.9 により自動計測した．
また，水位と水浸沈下量は目測した．なお，-6

壁面土圧増加量
静水圧
沈下量

4.0

-42.0

-20.0

0-2.02
荷重計No.3
ρｔｔ＝1.40g/cm33

-4.0

4-6.0

沈下量（cm）
沈下量（cm）

6.022

壁面土圧増加量･静水圧（kN/m
壁面土圧増加量･静水圧（kN/m ））図－2 キャリブレーション結果

60510経過時間（min）

1520

図－4 壁面土圧増加量の経時変化（荷重計 No.3：ρt＝1.40g/cm3）

給水は水位が地表面に到達するまで続けた．

4．試験結果および考察

圧ならびに沈下量と併せて図－3～図－4 に示す．ρt＝1.60g/cm3 の場合は，静水圧の上昇過程で水浸沈下試験結果の一例として，荷重計 No.3 における壁面は発生せず，壁面土圧の増加はほとんど認められな土圧（土圧と静水圧の和）増加量の経時変化を静水かった．しかし，ρt＝1.40g/cm3 の場合には，静水圧の上昇過程で約 3.3cm の水浸沈下が発生し，壁面土水浸後（土粒子の移動終了後）には約 1.8 倍まで減圧が著しく増加した．具体的には，荷重計 No.3 に静少していることが表れており，水浸沈下の発生過程水圧が作用し始めた（水位が荷重計 No.3 の高さ付近（水浸前 → 水浸時 → 水浸後）で側圧係数 K が大まで達した）とき，壁面土圧はピーク値（初期値かきく変化（増減）することが確認された．なお，水2

ら 4.0 kN/m の増加量）を示し，さらに静水圧が作用浸前後における側圧係数 K が異なる要因としては，する（水位が上昇する）と壁面土圧は減少し，最終密度や飽和度の変化など様々な要因が挙げられる．

的に壁面土圧は初期値から 1.1kN/m2 の増加量とな

次に，荷重計 No.8 における壁面土圧（土圧と静った．すなわち，図－5 に示すように，緩い裏込め水圧の和）増加量の経時変化を静水圧ならびに沈下

土の水位が上昇する過程において，水面付近で土粒量と併せて図－6～図－7 に示す．ρt＝1.60g/cm3 の場

子の移動が発生し強度が著しく低下する

1)と同時に，合は，静水圧の上昇過程で水浸沈下の発生は認めら

側圧係数 K が大きくなり，壁面土圧が増加したものれなかったものの，荷重計 No.3 とは若干傾向が異なと推察される．一方，土粒子の移動終了部では強度り，壁面土圧の増加（初期値から 2.7kN/m2 の増加量）の回復 1)に伴い側圧係数 K が小さくなり，壁面土圧が認められた．この増加量のほとんどは静水圧（荷が減少した（ただし，壁面土圧の初期値からの増加

重計 No.8 の高さ付近では，2.2kN/m2 の静水圧が作用量はゼロには戻らず，何割かは残留した）ものと推している）によるものと考えられる．一方，ρt ＝察される．このことを確認するため，裏込め土（荷1.40g/cm3 の場合には，給水後すぐに水浸沈下の発生に伴う著しい壁面土圧の増加が認められ，その後も壁面土圧はさらに増加し，最終的には 5.0kN/m2 の増った．これによると，水浸時（土粒子の移動時）の加が確認された．しかし，この増加量は静水圧のみ側圧係数 K は水浸前の約 3.5 倍に増加しているが，では説明できず，静水圧とは別の何らかの支配要因-6

荷重計No.8ρｔｔ＝1.60g/cm33

4.0-42.0-20.00-2.02
壁面土圧増加量
静水圧
沈下量-4.04-6.0

沈下量（cm）

6.022
壁面土圧増加量･静水圧（kN/m ）重計 No.3 の高さ付近）の水浸前，水浸時，水浸後における側圧係数 K を算出すると，表－1 のようにな

60510経過時間（min）

1520

試料

水浸前

水浸時

水浸後

3

ρ t ＝1.60g/cm

0.54

0.51

0.53

30.32

1.110.57

ρ t ＝1.40g/cm-6荷重計No.8
ρｔ＝1.40g/cm3

4.0-42.0-20.00-2.02
壁面土圧増加量
静水圧
沈下量-4.04-6.060

510経過時間（min）

15

図－7 壁面土圧増加量の経時変化（荷重計 No.8：ρt＝1.40g/cm3）

20沈下量（cm）

表－1 水浸過程における側圧係数 K の変化

6.02

図－5 水位上昇過程における水面付近の模式図

壁面土圧増加量･静水圧（kN/m ）図－6 壁面土圧増加量の経時変化（荷重計 No.8：ρt＝1.60g/cm3）

があるものと推察される．そのため，裏込め土（荷重計 No.8 の高さ付近）の水浸後における側圧係数 Kを算出すると，ρt＝1.60g/cm3：0.48，ρt＝1.40g/cm3：300.79 となり，静水圧の上昇過程において水浸沈下が25（ρt=1.40g/cm3）
水浸後の壁面土圧増加量（ρt=1.40g/cm3）

発生するか否かで，水浸後の側圧係数 K は大きく異水 浸 沈 下 の 発 生 に よ り 水 浸 後 の 湿 潤 密 度 は ρt ＝151.40g/cm3 から 1.61g/cm3 まで増加しており，水浸後10の湿潤密度はほぼ同じであったことを付記しておく．

5

ここで，水浸沈下発生の有無が壁面土圧に及ぼす影響について考察を深めるため，ρt＝1.40g/cm3（た近似直線3（ρ（ρt=1.60g/cm3)
t=1.60g/cm ）近似直線（ρt=1.40g/cm3）20

高さ(cm)なるものと推察される.なお，ρt＝1.40g/cm3 の場合，

（ρt=1.60g/cm3）
水浸後の壁面土圧増加量（ρt=1.40g/cm3）

R2 = 0.8728

R2 = 0.9183

0-1.00.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.06.0

水浸後の壁面土圧増加量（kN/m2）

だし，水浸後の湿潤密度は ρt＝1.61g/cm3）の場合と

図－8 水浸後の壁面土圧増加量

ρt＝1.60g/cm3 の場合における水浸後の壁面土圧増加量（荷重計 No.1～No.9）を図－8 に示す．これによると，水浸後の湿潤密度（ρt≒1.60g/cm3）がほぼ同じであるにもかかわらず，水浸沈下が発生した場合
33

前 → 水浸時 → 水浸後）で側圧係数 K が大き（ρt＝1.40g/cm ）としなかった場合（ρt＝1.60g/cm ）く変化（増減）する．具体的には，水浸時（土とでは，前者の方が壁面土圧増加量はかなり大きい粒子の移動時）に側圧係数 K が著しく増加し，値（1.3～2.0 倍程度）を示している．この要因とし水浸後（土粒子の移動終了後）には減少する（たては，水浸沈下発生の有無による“構造の差”が考だし，水浸前の側圧係数 K には戻らない）．

2)

えられる．既往の文献によると，Yi は，電子顕微鏡(2) 水浸後の湿潤密度がほぼ同じであっても，水浸を用いて，密度と飽和度がほぼ等しい状態にあって沈下の発生履歴によって，水浸後の壁面土圧はも水浸沈下の大きさの履歴が異なる試料では粒子骨大きく異なる．この要因としては，土粒子骨格格の相違から“構造の差”があることを指摘し，原の相違による“構造の差”と推察する．

田

3)は，活性度の低い試料ほど水浸沈下が静的・動今後は，水浸沈下に伴う壁面土圧の増加量と水浸的強度に及ぼす影響（水浸沈下発生の有無による強沈下量との相関性，乾湿繰返しに伴う壁面土圧の挙度差）が大きくなると報告している．以上を踏まえ

動評価ならびに裏込め土のせん断強さと側圧係数 Kると，過去に水浸沈下の発生履歴を持つ擁壁裏込めとの相関性などについて検討を行う予定である．

土が水浸すると，壁面土圧は通常想定される壁面土圧よりも大きくなる可能性が示唆される．また，水謝辞：本研究を遂行するにあたり，水浸土圧試験装締め（強制的な水浸沈下の発生）によって施工され置の作成にご協力頂いた本郷隆夫氏（地域地盤環境た擁壁裏込め土は，転圧によって施工された擁壁裏研究所），また水浸土圧試験にご協力頂いた鴨川成弥

込め土と比較し，密度と飽和度がほぼ等しい状態に君（大阪工業大学大学院），堀良行氏（倉敷市消防局）あっても強度的に劣る可能性がある．に感謝の意を表します．

5．まとめ

参考文献
1) 福田護：浸水に伴う土のせん断抵抗の低下と盛土斜面

本研究では，水浸土圧試験装置を試作し，擁壁裏込め土が水浸沈下する場合としない場合の壁面土圧の一安定解析，土質工学会論文報告集，Vol.18，No3，pp.76～82，1978.

を経時的に測定することにより，水浸沈下が壁面土

2）Yi, F：Behavior of Compacted Collapsible Soils Subjected to圧に及ぼす影響について種々の検討を行った．得ら

Water Infiltration，doctor thesis presented to University of

れた結果を要約すると，以下のとおりである．

Tokyo，1991.

(1) 緩い裏込め土では静水圧の上昇過程において，水面付近で水浸沈下が発生し，その過程（水浸3）原田健二：締固め崩壊性土の水浸による体積と強度変化に関する研究，東京大学博士請求論文，1994.
（2008.5.16 受付）