淺沼組技術研究報告№23(2011)

３．ディープウェル工法による周辺地盤への影響に関する検討
Examination about Influence on Surrounding Ground by Deep Well Method
山下 勝司＊１

高稲 敏浩＊１

要 旨
ディープウェル工法による周辺地盤への沈下の影響を、2 次元水～土連成弾塑性有限要素法（ソースコード：GEOASIA）によって検討した。解析では、圧密試験、非排水せん断試験の挙動を構成式レベルで再現することにより地盤の材料定数および初期値を決定し、施工過程を再現するように実施した。
解析の結果、盛土載荷の影響により、圧縮勾配の小さい過圧密状態から圧縮勾配の大きい正規圧密領域に応力状態が遷移するため、その後のディープウェル工法に伴う有効応力の増加によって、盛土部の沈下が盛土のないところよりも大きく沈下し、沈下を示す領域（影響範囲）が拡大することが分かった。
キーワード:ディープウェル工法／盛土／透水係数／有限要素法
１．はじめに

２．計算条件および計算方法

ディープウェル工法(以下 DW)による周辺地盤への沈

2.1 計算条件

下の影響は、定常状態を想定し、推定式を用いて影響半計算に用いた有限要素メッシュ、境界条件および材料径 R および水位低下量を算定し、その有効応力の増分か区分を図－1 に示す。なお、図－1 は盛土載荷後におけるら沈下量を求める方法が用いられることが多い。しかし、有限要素メッシュである。計算では、2 次元軸対象条件で地盤への影響を沈下で評価する場合、地盤の応力状態に行い、図左端を中心とする半径 530m、高さ 22m の断面で、よって、その影響の範囲は変化すると考えられる。本報

地層構成は、上層(Ac 層)7.8m、下層(Ds 層)14.2m である。

では、地盤上の盛土の有無および透水係数の大小によっ比体積と構造の程度は各層で一定とし、過圧密比を土被て、DW による周辺地盤への影響がどのように変化するりに応じて鉛直方向に分布させた。DW は中心から 35.7m

かを水～土連成弾塑性有限要素法を用いて、2 次元軸対称の位置で、ポンプ設置深度は G.L.-22m である。

1)

条件で検討した 。
計算には、地盤の変形～破壊までの一連の挙動を解析
2)3)できる GEOASIA

2.2 計算に用いた材料定数の決定を用いた。GEOASIA は、土の弾塑性

(1) Ac 層の材料定数と初期値

構成式には土の骨格構造（構造、過圧密、異方性）の記盛土あるいはディープウェル等の影響を受けると考え

4)

述できる SYS カムクレイモデル を用い、砂質土～中間られる Ac 層は、室内土質試験結果に対して、SYS カムク

土～粘性土まであらゆる土、地盤を対象に、変形解析をレイモデルによる力学挙動の再現を行い、材料定数・初行うことが可能である。

期値を設定した。地盤内初期応力状態は、K0 状態（K0＝0.6）にあると仮定し、土被り圧を考慮して決定した。標準圧密試験と非排水せん断試験に対して、同じ材料定数

CL

非排水境界

交通荷重

排水境界（大気圧）
K

AII工区77m
調整盛土0.47m
交通荷重

排水境界（DW時：非排水境界）
530m

Ac
DsBx

図－1 計算に用いた有限要素メッシュおよび境界条件＊１

技術研究所構造研究グループ

3-152m

DIII工区99.55m
調整盛土0.49m

C7.8m

I工区189m
調整盛土0.06m

35.7m DWy103m

14.2m

145m

非排水境界174m105m

淺沼組技術研究報告№23(2011)

表－1 材料定数および初期値
弾塑性パラメーター

圧縮指数 膨潤指数～～λκ

層限界状態 NCL定数の切片
M

初期値

発展則パラメーター
ポアソン
比

Naν

正規圧密 回転硬化 回転硬化
土化指数 指数 限界定数 応力比

構造低位化指数bc

Csbr

mmb

K0

土の密度 透水係数

構造の程度

異方性の程度比体積ρsｋ

1/R * 0Kβv0(t/m3)(cm/sec)表2参照

Ac層0.210.019

1.22.180.3 0.75 1.0 1.0 0.4

5.00.001

1.00.69.54

1.02.782.677

Ds層、盛土

0.05

0.012

1.01.980.3 2.20 1.0 1.0 1.00.1

3.50.70.6

1.300.6

1.84-32.650 1.9×10（N:p'=98kN/m2における練返し土の等方正規圧密線上の比体積）と初期値を用いて、サンプリング、供試体作製過程、力学試験までを一貫して再現した。Ac 層の材料定数・初期

表－2 Ac 層の透水係数
Ac層の透水係数

値を表－1 に、再現結果を図－2,3 に示す。透水係数につ

備考

いては、表－2 に示す現場透水試験から得られたもの-6

CASE15.9×10 cm/sec

CASE22.0×10 cm/sec

CASE32.1×10 cm/sec現場透水試験より-6-7（ CASE1,2 ） およ び 、 標準圧 密 試験 より 求め たも の標準圧密試験より（CASE3）を採用した。
(2) 盛土層と Ds 層の材料定数と初期値
盛土層と Ds 層の材料定数・初期値については、物理試
験、力学試験の結果がないため、今回の計算結果に影響比体積 v（=1+e)

3.0を及ぼさない程度の密な砂を想定した。さらに、単位体
2.5

積重量がγ＝18.6kN/m3 となるよう比体積で調整した。盛
NCL

2.0

土層と Ds 層の材料定数・初期値を表－1 に示す。
2.3 計算方法

実験結果
計算結果

1102

計算では、図－4 に示すフローにしたがって、水平地盤

31010
鉛直応力 σv (kPa)を原地盤として、現況地盤を作成した。盛土は有限要素を追加することで再現し 5)、地盤と盛土間の水理境界に

図－2 標準圧密試験の再現結果

ついては、サンドマットなどの排水処理工法が施工されているものとして排水境界（大気圧）とした。盛土高さ
は、仕上がり高さで I,II 工区 2.5m、III 工区 2.3m である。

軸差応力 q (kPa)

200

100000比体積 v（=1+e)の C.L.から 117m および 223m の位置に幅 8m、16kN/m2の分布荷重を載荷した。さらに、建築物建設前に高さ調整のために実施された盛土については分布荷重で与えた（図－1 参照）。
00100200
平均有効応力 p′ (kPa)510
軸ひずみ εs (%)

15NCL
CSL

100200
平均有効応力 p′ (kPa)

その後、1 日で DW 設置位置において所定の水位まで低下させ、36 日間水位を保持（ポンプ稼働）、その後 40日間で水位回復させ、過剰間隙水圧が消散するまで放置

2003.02.0

また、盛土上に想定される交通荷重については、図－11003.52.5

太線 実験結果
細線 計算結果した。計算における DW による地下水位の低下は、地盤過剰間隙水圧 ue (kPa)

軸差応力 q (kPa)

200下面を非排水境界とし、DW 設置位置において間隙水圧を減少させることで表現した。図－5 に示すように、DW

100設置位置で 10m の水位低下したものとし、GL-10m 以深の要素の間隙水圧を一様に 981kPa 減少させた。
00510軸ひずみ εs (%)

15透水係数の大小の影響を比較するため、表－2 に示したAc 層の 3CASE の透水係数について計算した。

図－3 非排水せん断試験の再現結果

3-2

淺沼組技術研究報告№23(2011)

DW設置位置① 初期地盤7.8m↓② 盛土（58日間）

現
況地盤の作成↓③ 放置（1428日間）↓④ 調整盛土および交通荷重（1日間）↓⑤ 放置（1310日間）

10m

Ac14.2m

Ds

GL-10m以深の要素の間隙水圧を一様に981kPa減少させる(＝10mの水位低下）↓⑥ ディープウェル：水圧低下（1日間）↓⑦ ディープウェル：水圧一定（36日間）

図－5 ディープウェル工法の表現↓⑧ ディープウェル：水圧回復（40日間）

３．計算結果↓⑨ 放置

各 CASE における各段階の地表面沈下量分布を図－6に、DW 開始時を基準とした地表面沈下量分布を図－7 に示す。CASE1,2 と異なり、CASE3 については、Ac 層の透図－4 計算フロー

水係数が小さく、DW 開始後の沈下には盛土による圧密沈下も含まれている。そのため、圧密残留沈下量と DWによる沈下量を併せて示す。
DWKA

B

C0(cm)

2040

沈下量

沈下量(cm)

060
盛土直後
調整盛土前
DW前
DW後

801000

DWKA100102030200300(m)4000500

100200X座標（CASE1）KAB

C0(cm)

2040
6080
100

盛土直後
調整盛土前
DW前
DW後

0100

DW

K

A

200300(m)400100200AB

C0(cm)
沈下量

(cm)
沈下量

K

盛土直後
調整盛土前
DW前
DW後

100200X座標

300(m)

300(m)

400500（CASE2）

600C

30

X座標

40100

B

2005002080

500

10（CASE2）
DW

400

40

X座標

0300(m)（CASE1）

沈下量

(cm)
沈下量

DW

C40
X座標

0B

400

KABC

510
DW開始時を基準とした沈下量
圧密残留沈下量DWによる沈下量（上記の差）

15200500

DW

100200
X座標300(m)400（CASE3）（CASE3）

図－6 各段階における地表面沈下量分布

図－7 DW 開始時からの地表面沈下量分布3-3500淺沼組技術研究報告№23(2011)

DW による周辺地盤への影響は、盛土の最遠部の 475ｍ付近まで及んでいる。特に、C.L.から 120m 付近の交通なっていると考えられる。さらに、各 CASE の DW によ(cm)

これは、荷重載荷によって、DW による沈下量が大きく沈下量荷重の載荷箇所において、沈下量が大きくなっている。

0DW

KA

B

C

盛土無

1020

盛土有

3040

る周辺地盤の沈下量を比較すると、透水係数が大きくな

0100200るにしたがって、沈下量が大きくなっていることが分か

X座標

300(m)

400500（CASE1）

る。
各 CASE において、盛土無の場合についても計算を実の場合における DW 開始時からの沈下量を示す。盛土載(cm)

分布を盛土有の場合と併せて示す。表－3 には、それぞれ沈下量施した。図－8 に DW 開始時を基準とした地表面沈下量

0DWKAB10

盛土有203040荷によって、DW による沈下量および影響範囲が大きく0なっていることが分かる。また、各 CASE の DW による

100200
X座標

周辺地盤への影響範囲を比較するために、盛土無の場合透水係数が小さくなるにしたがって、影響範囲が大きく

5沈下量

(cm)

0

代表例として、CASE1 における過剰間隙水圧分布、せ300(m)400500（CASE2）における 3mm 以上の沈下を生じた範囲を表－4 に示す。
なっていることが分かる。

C

盛土無ん断ひずみ分布を図－9、10 に示す。DW 停止直前の過剰101520

間隙水圧分布の様子からも、盛土載荷によって、DW に盛土有
盛土無
盛土有−DWによる沈下量

0100200
X座標

よる周辺地盤への影響範囲が大きくなっていることが見

300(m)

400（CASE3）て分かる。

図－8 DW 開始時からの地表面沈下量分布(1)DW開始前(1)DW開始前(2)DW停止直前(2)DW停止直前(3)DW停止後の圧密終了時(3)DW停止後の圧密終了時

（盛土有）

（盛土有）

(1)DW開始前(1)DW開始前(2)DW停止直前(2)DW停止直前(3)DW停止後の圧密終了時(3)DW停止後の圧密終了時

（盛土無）

（盛土無）
（ｋPa）

図－9 過剰間隙水圧分布（CASE1）

図－10 せん断ひずみ分布（CASE1）

3-4500淺沼組技術研究報告

DW 開始時からの地表面沈下量の比較
CASE1

CASE2

2.8

①②③

CASE3

比体積 v（=1+e)

表－3№23(2011)

盛土有
盛土有

盛土無

盛土有

盛土無

圧密残留沈下含む

圧密残留
沈下
含まない

盛土無点A（CLより174m）

0.092

0.032

0.079

0.041

0.040

0.033

0.027

点B（CLより319m）

0.035

0.005

0.025

0.008

0.030

0.010

0.008
0.003

点C（CLより422m）

0.021

0.002

0.012

0.003

0.025

0.004

右側法尻部（CLより474m）

0.0033-0.0033-0.00480.0018-

交通荷重載荷部最大値

0.238

-

0.198

-

0.094

0.074

-

①③

2.6

②2.4

単位：m

11010
平均有効応力 p' (kPa)

2（a）GL-1.5m
表－4 3mm 以上の沈下を生じた範囲（盛土無）半径(m)CASE2362

2.8

CASE3414425

比体積 v（=1+e)

CASE1

CASE1 における K 地点（図－1 参照）の各深さの土要素の挙動（平均有効応力～比体積）を図－11 に示す。黒線が盛土有の場合、赤線が盛土無の場合であり、図中①①③②2.6①③2.4②は DW 実施直前、②は DW 停止時、③は放置後である。
盛土載荷によって、地盤の有効応力が圧密降伏応力を超11010
平均有効応力 p' (kPa)

えほぼ正規状態となったため、DW による水圧の低下す2（b）GL-3.4m

なわち有効応力の増加によって、沈下量が増えたことが分かる。

①４．まとめ
盛土載荷の影響によって、圧縮勾配の小さい過圧密状態から圧縮勾配の大きい正規圧密領域に応力状態が遷移するため、その後の DW に伴う有効応力の増加によって、盛土部の沈下が盛土のないところよりも大きく沈下する。

比体積 v（=1+e)

2.8③②2.6①2.4③

DW から十分離れた地点でも、少しの有効応力増加によ②11010
平均有効応力 p' (kPa)（c）GL-5.4m（ ）って沈下を示す領域（影響範囲）が拡大する。また、今回のような地層構成で上層地盤の透水性が低くなると、2盛土載荷の影響の有無にかかわらず、沈下の領域（影響2.8［謝比体積 v（=1+e)範囲）が拡大することが分かった。

辞］

解析にあたって御指導いただいた名古屋大学野田利弘
教授、計測データの提供などのご支援を頂いた日本下水道事業団東海総合事務所に感謝の意を表します。

①DW開始
NCL
③放置後

②停止

2.6

2.4

①
黒線：盛土有赤線：盛土無1②③1010
平均有効応力 p' (kPa)

2（d）GL-7.3m
図－11 土要素の挙動の比較（CASE1）

3-5淺沼組技術研究報告［参考文献］
１）高稲敏浩、山下勝司、野田利弘：ディープウェル工による周辺地盤への影響に関する検討 , 第 66 回土木学会年次学術講演会概要集Ⅲ,pp.293-294,2011 .
２）Asaoka, A. and Noda, T.: All soils all states all roundgeo-analysis integration, International Workshop on
Constitutive Modeling - Development, Implementation,Evaluation, and Application, Hong Kong, China,
pp.11-27, 2007.
３）Noda, T., Asaoka, A. and Nakano, M.: Soil-water coupledfinite deformation analysis based on a rate-type equationof motion incorporating the SYS Cam-clay model, Soils
and Foundations, Vol.48, No.6, pp.771-790,2008.
４）Asaoka, A., Noda, T., Yamada, E., Kaneda, K., Nakano,M.:
An elasto-plastic description of two distinct volume
change mechanisms of soils, Soils and Foundations,Vol.42, No.5 , pp.47-57, 2002.
５）Toshihiro, T., Mutsumi, T., Takahiko, S., Toshihiro, N. andAkira, A.: Predictive simulation of deformation and failureof peat-calcareous soil layered ground due to multistage
test embankment loading, Soils and Foundations, Vol. 50,
No.2 , pp.245-260, 2010.

3-6№23(2011)