第 41 回地盤工学研究発表会
2006 年７月

568

E - 14 （鹿児島）
地下水流動保全における横断方向流下模型実験とその解析

地下構造物，模型実験，地下水

中部土質試験協同組合○学生会員

岡山大学大学院環境学研究科

坪田 邦治

国際会員

西垣誠

１．はじめに未固結地盤が分布している臨海都市近郊域において，地下に人工構造物を構築する場合には，近隣での地下水利用に関する影響を極力低減し，地下水流動を保全することが環境保全の観点からも重要な課題といえる。このためには，調査・計画段階において，帯水層の分布，地下水の動態を把握し，計画構造物に対して施工時および施工完了後の地下水影響解析を実施することによって，構造物構築に伴う影響を低減することとなる。このような事例に対して，現在では各種の対策工法が提案され実施されている 1）。
本論文では，下水道工事に伴い敷設する函渠による地下水への影響を，函渠周辺に通水層（人工透水層）を敷設することで流量を確保する対策について報告する。手法として室内モデル実験と準三次元広域浸透流解析（GWAP）2）を用いて，地下水の流動方向を確保し，従来の方向に流下させる「縦断方向流動防止板」の効果について報告する。
２．対象とした地盤環境と実験・解析の背景
兵庫県西宮市の国道 43 号線より南側は宮水地帯といわれ，表層地下水が醸造用水に最適であり，歴史的にも多くの酒造メーカー（1840 年以降）がこれを使用し，その保護に細心の注意を払ってきた地域 3）である。ここで対象としている
宮水帯水層は，表層の GL-2.0〜-5.0m に分布する砂質土層である。このような地盤環境を有する地域において，その表層地下水を遮断する地下構造物である下水道函渠の埋設が計画されたが，0連続した地下構造物を施工すると，100

酒造用水として採水されている表層200地下水を遮断する危険性があった。

300

このことから，通水層により地下水400の流動保全に寄与する為に実施した。

500

３．室内モデル実験

600

t=30函渠

流動防止板長さ（L=0,30,60,100）

245
不透水壁

(1)実験に適用した試料

立 面 図

実験に用いた試料は，現場のものを用いることが望ましいが，多くの材料が必要なために，現場から採取t=250100200を調整して，現場とほぼ同等の透水300

係数を再現させた標準砂等（表‑1）400を用いた。

500

室内モデル実験では，地下水流動2,000
1,740（縦断方向）流動防止板（L=0,30,60,100と変化）

130

することは困難であり，密度・粒度(2)室内実験

透水壁

透水壁

700

130
100

100 t=30

長さ L140745t=30
地下水の流れ（縦断方向）

地下水の流れ（横断方向）

100395600
700

t=25t=30t=300500

1000

保全対策工の設置時に生じる函渠下

1500

2000

平 面 図

図‑1

縦断方向モデル実験装置

断する流下を促進させる目的で施工した対策工（流動防止板）

表‑1

室内モデル実験試料透水係数一覧表の効果判定を行った。モデルの作成にあたり，モデルスケー

土質区分

対象土層

透水係数ｋ（m/s）

ルの検討を行って，実験槽の大きさを 1/10 モデルとし，横標準砂宮水帯水層

1.60×10-42.0m,幅 0.745m,高さ 0.245m（図‑1）として実施し，被圧状態

マサ土一般土層

2.79×10-５での透水実験を行った。実験は，流動防止板を設置しないケ

渋川砂対策工ース（流動防止板 0cm），および流動防止板 3cm，6cm，10cm(岡山県)(フィルター層)流方向への流下を防止し，函渠を横1.82×10-３（図‑1）の合計 4 ケースで実施した。函渠上流側からの全流量（Qa）を，函渠に沿って流下する流量（Q１）と，函渠を横断して流下する流量（Q２）に区分して測定した結果（図‑2），流動防止板が無い場合には，函渠縦断方向への流量 Q1 は，88%が流下し，横断方向へは，12%が浸透するだけであり，函渠施工に伴って流路が変わることが判る。次に，実施工モデルである流動防止板長 3cm の場合では，Q1 が 72%になり，無処理に比較して，流量全体の 16%を横断方向に流下する効果が期待できることが判明した。ただし，流動防止板長をその 2 倍，3 倍強としても，その効果はほとんど期待できないことも判明した（流動防止板長 6cm では，（流動Model experiment and consideration about ground water flow preservation accompanying artificial structure construction，Kuniharu.TSUBOTA (Chubu Soil Research Co-operation)，Makoto.NISHIGAKI (Okayama University)1135

20以上，函渠に沿って縦断方向への地下水の流れは，限定的であるが，流動防止板によって防止することができることが判明した。
流出流量Q（cm /s）

15

実験結果の評価のために，準三次元広域浸透流解析を実施し，室内実験を検証した。流動防止板の長さについては，実施工に適用可能な4 ケース（流動防止板1.503４．室内試験モデル実験の解析

2.00

Qa（全流量）Q1（函渠縦断流量）
Q2（横断側流量）
Q1/Qa
Q2/Qa無し，長さ=50cm，85cm，120cm）とした定常

101.0050.50

解析とした。なお，流動防止板は 20m ピッチに施工するモデル（図‑3，流量比 Qi/Qa

防止板長3cm）+1.7%，10cmでは，（流動防止板長3cm）+3.6%）。

表‑2）とした。解析の結果，函渠と平行な面より流出する縦断方向流量を Q1(m3/s) とし，函渠横断方向の流量を Q2(m3/s)として整理を行っ00.00
0た。ここでは，Q１+Q2 を全流量 Qa として，流量比 Q1/Qa，Q2/Qa と流2468
流動防止板長L（cm）

10

図−2 流動防止板長〜流出流量，流量比

動防止板長さＬとの相関を図‑4 に示した。結果として，横断方向に流下する流量比と，函渠縦断方向に流下する流量比の相関は，1/10 モデル実験で得られた結20.00ｍ

果（図‑2）によく近似した関係が得られた。

不透水面2.06m
水位固定4.30m

Q2(2)また，実験結果と同様に，解析結果において(1)も，流動防止板長が側方の通水層幅（L≧50cm）よりも長くなっても，流量比

Q13.17m

0.35m
0.35m

0.50m
10.00m

（Q1,Q2）は，大きく変化せずその効果はあが2.66m0.35m0.35m0.50mらないことが判明した。
表−２(5)(3) (4)

函渠
流動防止板

3.17m

入力地盤定数番号

透水係数 k (m/s)①1.07×10②2.93×10③7.94×10④3.52×10⑤

1.40×10⑥

1.00×10-6

層厚(m)Y

1.50-50.50-41.20-41.30-40.20-20.50

Qa

0.50m

水位固定4.50m

不透水面

(平面図)

1.5

1.2 1.3
0.50.24.70m（ 側面図）

X対策工(6)

4.70m
7.8m

9.8m

(縦断図)

2.0 0.4

５．まとめ
横断方向への地下水の流れについては，2次元モデルを用いて，適切な

図‑3（注：(1)〜(6)は表5の材質番号）

解析モデル

1.00

通水層（透水係数，層厚）を施工することにより，原地盤と等価な流量

縦断方向 Q1/Qa
横断方向 Q2/Qa

4）を有する断面を確保できることが判明している 。しかし，この場合，0.80

通水層を介する地下水が函渠を横断せずに，縦断方向に流下する可能性がある 。このことから，地下水の函渠縦断方向への流下を防ぐ目的で，流動防止板を設置し，従来の地下水の流れである横断方向に流下させることとした。室内実験および解析結果により，流動防止板によって，限定的であるが，従来の地下水の流向を保持できることが判明した。
今後の課題点として，地下水の流向と地下構造物の延長方向との交角の影響，解析モデルサイズの最適化などについての検討が必要と考える。

流量比 Qi/Qa5）0.600.400.20

また，今回の解析では，設置間隔20mでの検討としたが，まだその効果は+10％程度であり，実施設計上では，函渠施工前の地下水流向への0.00

流下率の向上を目指して，流動防止板の設置間隔・貫入深さの最適化が0必要と考える。
図−4（参考文献）

50100
流動防止板長 L(cm)150

流動防止板長〜流量比（解析結果）

1)杉村孝雄：4.3 地下水流動保全工法の選定，地下水流動保全工法の設計・施工，地盤工学会，地盤工学・実務シリーズ19，
地下水流動保全のための環境影響評価と対策，pp.123〜133，2004.
2)河野伊一郎・西垣誠：有限要素法による広域地下水の準三次元浸透解析-その手法とプログラム解説-，岡山大学工学部
土木工学教室レポート，No.’82-1，1982.
3)済川要：都市開発に伴う浅層地下水の保全について‑阪神間の70年間の事例-，地下水技術第38巻第6号，p.17，1996.
4)西垣誠・坪田邦治・小松満・森田悠紀雄：人工構造物構築に伴う地下水流動保全工法の一例，日本地下水学会2005年
秋季講演会講演要旨，pp.266-271,2005.
5)西垣誠：地下水に関する環境評価法，基礎工vol.20，No.11，pp.25〜31，1992.

1136