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地震の自由研究 液状化現象を再現する方法

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私たちの身近な問題でもある地震。

これを自由研究のテーマにすることは日頃からの防災意識を高めることにつながります。

特に地盤の問題でもある液状化現象は簡単な装置や準備で再現することが出来ます。

液状化現象は地盤についての問題ですから自由研究で取り組んでメカニズムが分かっても対策を自分たちで対策を立てることはできないでしょう。

でも、どのように起こるのか、住んでいる場所は液状が化現象が起きやすい場所なのかどうかを知ることは無駄ではありません。

地震の自由研究は様々ありますが、今回は液状化に絞ってやり方を紹介していきます。

液状化現象の実験動画



先ず、地震による液状化現象を実験で再現した動画を見てみましょう。



この動画では、地震の振動を再現する装置が使用されていますね。

夏休みに行う自由研究のためにこの装置を揃える訳にはいきませんから、実験方法を少し工夫しましょう。

先ず、

・液状化現象の原理と起きやすい地盤を調べる実験

・動画のように液状化現象で地上にあるものが受ける影響を調べる実験

に分けて行います。


では最初の実験から始めてみましょう。

液状化現象の実験その1



まず、地質や水の量による液状化現象の違いを調べます。

◆用意するもの

・ペットボトル(2リットルのもの)4本
・砂
・小石
・土
・水
・カッターナイフ

◆準備

・4本のペットボトルを同じ高さ(およそ半分位)に切ります。

・一つに3分の1くらいまで砂を入れ、水を加えてぬかるんだ状態にします(これをAとします)

・2つ目には砂と小石を混ぜたものを3分の1くらいまで入れ、同量の水を加える(B)

・3つ目には土を同じ量入れて同量の水を加える(C)

・4つ目にはAと同じ量の砂を入れて、今までの半分の水を入れる(D)

◆実験開始

では実験してみましょう。

①基本となるAのペットボトルを振ってみる

左右に振り続けます。

すると2分半から3分くらいで変化が現れます。

さらに振り続けると、水が上に、砂が下に分離します。

②Bのペットボトルを振ってみる

同じ時間振り続けてもA程ははっきりと液状化が起こらない。

激しく振り続けてようやく液状化がはじまる。

③Cのペットボトルを振ってみる

振り続けても液状化は起こらなかった

④Dのペットボトルを振ってみる

Aと同じ時間、同じ条件で振ってみたが、A程の液状化は起きなかった


おおよそこんな感じの結果が出ました。

◆実験結果から分かる事

・砂は液状化が起きやすい

・砂に含まれている水分が多いほど液状化が起きやすい。

・小石が混ざると液状化が起きにくくなる

・土では液状化現象は起きない

と言う事が分かります。


ではこの実験の結果を踏まえて実際のシミュレーション実験を行います。

液状化現象の実験その2



今度は液状化現象が、地上にどのような影響を与えるのかを調べます。

◆準備するもの

・プラスチック製の水槽や透明の容器(ある程度の広さが必要)
・ビル、建物の模型(レゴや鉄道模型のジオラマを利用)
・車の模型(トミカやガチャポンのもので可)
・水道管(それらしいものなら何でも可)
・砂
・水

これらはホームセンターや100均で揃ってしまいます。

手持ちのものでも十分です。

◆実験の準備

①砂を容器に入れて均等にならします。

②ややぬかるむ程度に水を加えます。(建物や車が沈まない程度の水分で)

③車や建物を表面に置きます。

④水道管を地中に埋めます。

⑤これをテーブルの上におきます。

◆実験開始

①水槽の下から手で振動を加えて行きます。

②振動自体で建物が倒れないように加減しながら徐々に強くしていきます。

この状態で変化を観察します。

やがて、水が上がってきて地上にあるものに変化が起きます。

◆実験結果

・低い建物は水に浮いた状態
・高い建物(ビル)は片向いています
・車は沈んでいます
・地下に埋めた水道管は浮き上がっています。

ジオラマに電柱などがあればより地盤の液状化が与える影響が分かるでしょう。

この二つの実験でそれぞれの結果が出る訳ですが、こ

れに液状化について調べた事を付けくわえて結論を出します。

レポートを書く際には

調べた知識と地震の液状化の実験で出た結果を比較して結論を出すこと

は必須なので必ず行いましょう。

液状化について調べる



今回調べたことは次の通りです。

◆液状化の条件

・地下水が浅い事
・水の量が多い事
・地盤が粒径 0.1から1.0 ㎜の砂である事
・地震など振動が加わる事

◆液状化による影響

・重い物は沈み込み
・軽いものは浮き上がる
・ガス管、水道管などライフラインの損傷

◆液状化が起きやすい地域の例

・下層地盤が砂質土で構成されている場所

三角州
港湾埋立地
河川跡
水田跡
池跡
など

◆最近の液状化対策

アースドレーン工法:盤の排水性を高め、地震時に発生する過剰間隙水圧を消散させ、液状化を抑制する工法

締め固め工法:土の密度を大きくすることにより、地盤の支持力やせん断強度を上げ、強固な地盤に改良する工法

杭基礎:軟弱な地盤で浅い基礎では構造物を支えることができない場合、深く杭を打ち込んで構造物を支える基礎


地震による液状化の影響から液状化が起きる条件まで調べてみました。

自分で自由研究で行った結果とこれらの知識をからめてレポートにまとめるようにします。

小学生の場合

結果の比較と考察と反省を書いてまとめれば、良いレポートが出来上がると思いますが、

中学生以上になると

実生活にどうやって生かすのかなど、結果を一段掘り下げることが必要になります。

地震で起こる液状化をまとめた自由研究のレポートについてはまた別の記事で紹介しようと思います。

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