安山岩風化残積土の基本的性質と二次的性質について-香川大学学術情報リポジトリ

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安山岩風化残債土の基本的性質と二次的性質について

青 柳 省 吾,横 瀬 広 司

Ⅰま え が き マサ土を始めとして,母岩が風化作用のために分解し変化はしているが,風,水などの営力の影響を受けずに残概 している風化残撥土と称されている土は,全国的に広く分布しており,四国地域ではマサ土の分布が広く見られるが, 次いで安山岩の風化残培土の分布する範囲が顕著である..近年,瀬戸内地域においても産業の進展に伴い,道路建設 や宅地ヤ工場用地をどの造成が,従来の沖墳平野から丘陵,山岳地帯に広がりつつあるが,これらの工事施工におい て遭遇する風化残墳土に関しては,未知の点が多いのが現状である.これらの解明にほ,風化残酷土についての基礎 的な研究が必要であろう. また,風化残墳土は運壇上に比べて「母材が明確であり,母材が同一・種であれば,生成される土も,ある程度の共通 性を持つと考えられる.従って土の持つ基本的性質(粘土鉱物,粒度分布,比表面積など)と二次的性質(コンシス テンシ・一特性 ,pF特性,締固め特性など)との関連性を捉えやすいと考える.筆者らは従来から風化残額土の土質 工学的特性について検討しているが,前報では花崗岩類の風化残硫土について報告した.ここでは,花崗岩茶の風化 残項土であるマサ土とは,その生成過程において対称的な安山岩類の風化残瘡土について,その基本的性質と二次的 性質に関する実験結果を示し,それらの相互関連性について述べる. 安山岩は噴出岩に属し,マグマが地下の比較的浅い所や地表で,急激に冷却されて生成される.この影響を受けて, 探成岩である花崗岩類が比校的大きな結晶からなる完品質であるのに対七て,安山岩類は微粒の石基を含む半品質の 岩石となるとされている小 従って,−・般に花崗岩風化残積土が粗粒径部分に富み,砂質土的性質を示すことが多いの に対して,安山岩風化残積土ほ細粒径部分に富み,粘性土的性質を示すことが多いと考えられる. をお,本研究において行なったⅩ繰回折装置による粘土鉱物の同定にあたって,熱心を助力を賜った本学教育学 部谷山穣助教授に探く感謝致します. ⅠⅠ実 験 試 料 安山岩風化残療土として,次の5種を用いた. a)五色台A土および五色台B土 採取地は香川県坂出市五色台で,母岩ほ合輝石讃岐岩質安山岩である.牡鹿分布から判断して細分化の進んでいる 順序にA土,B土としたu b)鷺ノ山土 採取地は香川県綾歌郡国分寺町驚ノ山で,母岩は角閃石安山岩である. c)雨滝山土 採取地は香川県大川郡大川町雨滝山で,母岩は含角閃石斜方輝石安山岩である小 d)由良山土 採取地は香川県高松市由良町由良山で,母岩は黒雲母安山岩である. ⅠⅠⅠ基本的性質について 1)枯土鉱物について 供試土に含まれている粘土鉱物については,Ⅹ線回折試験により判定した.,無処理試料のほかに,熱処理試料と薬 品処理試料を用意した(1,2).熱処理は,試料に水を加えて充分に練り合せて,石英ガラス坂上に薄く塗布したものを,

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10mA,走査範囲2β:3∼300,走査速度:lO/分とした. 試料土のⅩ繰回折試験の結果を図−1,匡卜2,図−3,図−4および図−5に示した.母材が同じである五色台A土と五

■I 色台B土は,ほほ同じ傾向を示している.すをわち無処理試料において,約314,3.6,4、1および4・4Aに弱い反射

があり,14,.3∼15。、OAに,非常に強い反射が見られるが,グリセロ・−リレ処理を行なうことにより,14い3∼151OAの反

射が18.0∼18い4Aに移動すること,さらに4500C以上の加熱処理により,143∼15.0Åの反射が9小9Aに移動する

ことから,モンモリロナイトの存在が示されたい 梢安処理の試料で,14い3∼15…OAの反射の移動がないことから,

バーミ

キュ.ライトの存在しないこ.とがわかった.150,3000Cの加熱処理により,7−4Aの反射が表われるが,それ以

上の高湿では,消えることから,ハロイサイトの存在する可儲性が示された. 150◇C加熱処理 3000C加熱処理 ’r■W 4500C加熱処理 湖へ6000C加熱処理 9000C加熱処理

竹中帆グリセロール処理

l

血中

ふふ沐刷叫小硝酸アンモン処理

岬両呵刷塩酸処理 _⊥ 5 10 15 2d 2ゴ02β 図−1五色台A土のⅩ挽回折曲線

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乙4.1A3‖6Å写…4A

−−1 ̄

∴∴ ト梱γ山∵11500C

加熱処理 3。。◇。加熱処理 4500C加熱処理 _.

6000C加熱処理 7500C加熱処理

{ レイ皿{軋9。。。。加熱処理 」

■“ 小品軋 伽 1

、_∴・−・←・ユ・l・−−−∴、∴・

グリセロール処理 硝酸アンモン処理 塩酸処理 5 10 15 20 250 2β 図−2 五色台B土のⅩ挽回折曲線

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へ無処理 1500C加熱処理 3000C加熱処理 4500C加熱処理 6000C加熱処理 9000C加熱処理 グリセロ・−ル処理 硝酸アン・モン処理 塩酸処理 5 10 15 20 250 2β 図−3 驚ノ山土のⅩ繰回折曲線 以上から五色台A土と五色台B土は,モンモリロナイトを主体として,それに少盈のハロイサイトを含むと推定 できる. 鷺ノ山土は,無処理試料で約34,36,7.6および16.1Aに比較的強い反射が見られるが,グリセロ叫ル処理によ 00 り,16.1Aの反射が18AAに移動し,450OC以上の加熱処理により,16。1Aの反射が10.OAに移動していることか ら,モンモリロナイトの存在が示された.また硝安処理により,16..1Aの反射が100Aまで縮少せず,12A付近に移 動していることから,バーミキュライトは存在しないと思われる巾 塩酸処理によって,16い1Aの反射が消失している が,モンモリロナイトでも反射の失をう場合も考えられ,また加熱処理による反射強度の増大が認められないことか ら考えて,線泥石の存在する可儲性も小さいと思われる.塩酸処理によって,3.6,7.6Åの反射が残ること,600。C 以上の加熱処理により,7、6Aの反射が消失することから,カオリン鉱物(カオ■リナイトをど)の存在が認められる. 以上から驚ノ山土は,モンモリロナイトとカオリン鉱物(カオリナイトをど)を主体としていると推定できる.

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無処理 1500C加熱処理 3000C加熱処理 4500C加熱処理 6000C加熱処理 7500C加熱処理 9000C加熱処理 ∴. −︷ lルバ

グリセロ・−ル処理 ・ −−−・− −ノ

{皿拙硝酸アンモン処眉

、、●、∴、・・・・・、.

㌦、

ヰ叫訣

十、、ヰ.旬、山

塩酸蜘 − 5 10 15 20 250 2β 図−4 雨滝山土のⅩ線回折曲線 雨滝山土は,無処理試料で約3L2,3い8,319,4い1および161Aに,比較的強い反射が見られるが,グリセロール く〉 処理により,161Aの反射が18。OAに移動すること,さらに4500C以上の加熱処理によって,16。1Aの反射が弱ま り,10。OAの反射が増大することから,モンモリロナイトの存在することが示されたu硝安処理により,16り1Aの反 射が移動しないことから,バーベキュライトの存在する可能性は少ないと思われる‖ 以上から雨滝山土は,モンモリロナ・イトを主体としていると推定できる. 由良山土は,無処理試料で約3.3,3い6,7.5および14−2Aに,顕著を反射が見られるが,グリセロール処理により, 0 14.2Aの反射が移動しないことから,モンモリロナイトは存在しないと考えられる.硝安処理によって,14.2Aの反 射が移動しないこと,さらに塩酸処理により,14,.2Aの反射が消えることから,線泥石の存在する可儲性が考えられ る.塩酸処理により,3.6,7.5Aの反射が残ること,また4500Cの加熱処理で,3.6,7..5Aの反射が弱まり,6000c 以上の加熱処理で,これらの反射が消失することから,カオリン鉱物の存在が示されたぃ亜00C以上の加熱処理によ ○ り,14一2Aの反射が消え,より高温にお車ても,この部分での反射強度の増大が見られないことから,この14A粘 土鉱物が線泥石ではなくて,バーミ キュライトである可能性もあり,線泥石とバ・−・ミキエライトの中間的な性格を持 つ混合屑粘土鉱物であると判定した. 以上から由良山土は,カオリン鉱物(カオリナイトなど)を主体とし,それに14A粘土鉱物(緑泥石,バーミ キ

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鰯処理 1500C加熱処理 300◇C加熱処理 4500C加熱処理 6000C加熱処理 7500C加熱処理 9000C加熱処理 グリセロール処理 硝酸アンモン処理 塩酸処理

⊥」」し 一−⊥_⊥⊥⊥

5 10 15 20 250 2♂ 図−5 由良山土のⅩ挽回折曲線 エライト)を含むと推定した. 以上を,まとめると花崗岩風化残墳土の粘土鉱物は,カオ・リン鉱物が主体であるのに対して,安山岩風化残埴土の 粘土鉱物は,モンモリロナイトを主体とすることの多いことが示されている. 2)粒度分布 粒度分布はJISA1204(8)により測定した・初期状態の調整方法としては,無理な破砕を避けるために,肉眼で土 塊を判別しながら・木槌で軽く打つか,手で,もみほぐすことによって調蓋し,5mmフルイによって粗レキを除い た.. 試料土の粒径加撥曲線を図−6に示した・安山岩風化残硫土ば,母岩が憤出岩であり,半品質であることから,花崗

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0 0 0 0 ︵‖0 7 6 5 加積通過率 P ︵%︶ 0 0 4 3 0005 001 0リ05 01 0..5 1,、0 5‖0 10..0 粒 毎 d(mm 図−6 試料土の粒径加療曲線 岩風化残顧土に比べて,レキ分が少なく,シルト分,粘土分が比較的多いことが示されている1.とくに驚ノ山土と由 良山土は,シルト分が約45%,粘土分が約30%と,細粒径部分の多いことが示されている.これらのことから,安山 岩が風化する過程は,母岩→微砂,粘二・l二.と言う形になりやすいとする斉藤らの見解の安当性が確められたと考えられ る(4). 3)比 塵 比重試験はJISA1202(3)によって測定した.試料土の比重は五色台A土,B土で2.74∼2∩75,驚ノ山土が2.52, 両滝山土が2.60,由良山土が2.64の値を示し,同じ安山岩風化残壇土であっても,かをりのバラツキを示している. 4)比表面療 比表面積の測定は比較的糖度が高く,応用範囲の広い気体吸着法(BET法)によった..測定機は柴田化学KKの 迅速比表面積測定装置SA−1000を使用した”測定に用いた74/J以下■の細粒径部分は,風乾試料を空気中で,フルイ 表−1試料土の比表面積 分けて採取し,それ以上の粗粒径部分は,水中で,フルイ分けて採取し,これを比表面墳測定試験に供した… 比表面硫の測定結果を義一1に示した.花崗岩風化残根上の比表面積が,シルト粒径以 ̄Fで6り6∼32m2/g,細砂粒径 部分で0,8∼16.3m2/g,粗砂粒径部分で05∼35m2/g,レキ粒径部分で0.3∼29m2/gであった(5〉のに対して,安山 岩風化残墳土の比表面積札 シルト粒径以下で11小4∼97.5m2/&細砂粒径部分で132∼93.8m2/g,粗砂粒径部分で 12.2∼89い1m2/g,レキ粒径部分で99∼亜.7m2/gを示し,シルト粒径以下のみならず,砂,レキ粒径部分においても, 大きな比表面積を持っていることがわかる‖ とくに五色台A土,B土は金粉径範囲にわたって,比表面積が大きく,

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ⅠⅤ 二次的性質について 1)コンシステンシー特性 コンシステンシー試験として,液性限界(LLh)試験,ソ性限界(P.L‖)試験を行なった.実験方法は,それぞれ JISA1205(8),JISA1206(8)に従った. 表−2 試料土のコンシステンシー 試

料IL−L・%lp…Ll%lp・・Ⅰ‡Ⅰノ・

コンシステンシ・−試験の結果を表−2に示した.砂質土的性質の強い花崗岩風化残培土ではLL…借,PいL巾値の得ら れないことも多いが,これらの安山岩風化残債土では,.JISによるL−L−,P.L。試験が可能であった.粒度分布から判 断されるより以上に,五色台A土,B土はL.L小倍,P・L.値,PⅠ・・値共に大きく測定され,粘性土的性質の強いこと を示している.このことば五色台A土,B土の粘土鉱物が,モンモリロナイトを主体としており,また比表面瘡も 著しく大きいことから,当然考えられる傾向である.もっとも細粒である驚ノ山土は五色台A土,B土に比べて, L.L,.値,P.L.倍,Pエ億共に小さい値を示した..このことば驚ノ山土の比表面積が五色台A土,B土に比べて,か をり小さいこと,また粒土鉱物も,モンモリロナ・イトのみでなく,モンモリロナイトとカオリン鉱物を主体とLてい ることによる傾向が,コンシステンシ・−・特性にも表われたものと考えられる..由良山土は鷺ノ山土に次いで細粒覆土 であるが,比表面敏が比較的小さく,また粘土鉱物も,活性の小さいカオリン鉱物を主体としているため,LLり倍, P.Lい倍,PいⅠ‖値共に小さいのであろうと考えられる. 2)pF特性 土と水との係わり合いを基本的に示すpF一合水比の関係を,風乾した後,これを水で飽和させた試料について求め た.試料の風乾重量は約40g とした.試料容器は直径:5cm,深さ:5cmのものを使用した.測定には国産遠心機 KK製H65塑を用いた. 0五.色台A土 ●五色台B土 ゆ驚ノ山土 ◎雨滝山土 0由良山土 4.0 pF 3.0 50 含水比(%) 10 20 30 40 図−7 試料土のpF一合水比曲線(風乾後飽和試料)

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試料土のpF一合水比の関係(風乾後飽和試料)を図一−7に示した小 粒皮分布から見て,あまり差のをい場合であって も,花崗岩風化残培土に比べて,これらの安山岩風化残砧土の保水性は高いと考えられる.とくに比表面培が大きく, また粘土鉱物も,モンモリロナイトを主体とする五色台A土,B土は保水性の非常に高いことが示されている.か なり細粒ではあるが,比表面積が小さく,粘土鉱物も,カオリン鉱物を主体としている由良山土は,より粗粒を雨滝 山土と,同程度の保水性しか示していない.ここでも,コンシステンシー・特性と同じように,比表面横,粘土鉱物が 保水性を左右していると考えられる.. 3)締固め特性 締固め試験は.JISA1210(8)により行なった.試験方法は非繰返し法とし,1・1−bとしたu 試料土の締固め乾燥密度肌合水比の関係を図一8に示した.これらの安山岩風化残培土の練固め曲線は,ゆるゃかを 曲線となり,また最適含水比は比較的高いイ直となり,最大乾燥密度は低い値に覆るようである… ここでも安山岩風化 残培土が,シルト分,粘土分を多く含み,比表面積が大きく,また粘土鉱物も,モンモリロナイトを含むことの多い ことが影響していると考えられる.. 10 20 30 40 図−8 試料土の締固め曲線 50 含水比(%) Ⅴ ま と め 以上に述べた実験結果の考察から,次のようにまとめられる. i)安山岩風化残額土の基本的性質 a)粘土鉱物 モンモリロナイト,カオリン鉱物を含むことが多く,とくにモンモリロナイトを主体とすることが多い b)粒度分布 レキ分に乏しく,砂分,シルト分および粘土分からをるい花崗岩風化残療土に比べて,シルト粒径以下の細粒径部 分が多い. e)比表面療 シルト粒径以下の細粒径部分のみならず,砂分,レキ分の粗粒径部分にお車ても,大きな比表面療を持つ.

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LL..値,Plエ.値が大きく粘性土的な性質を示す. b)pF特性 粒度分布から見て,あまり差のない場合でも,粘土鉱物の違いなどの影響もあって,花崗岩風化残墳土に比べて保 水性は高いと言える. c)締固め特性 締固め乾燥密度一合水比の関係は,粒皮分布,粘土鉱物の影響を受けて,ゆるゃかな曲線を示し,最適含水比は20 ∼40%と比較的高く,故大乾燥密度は1.2∼1.6g/cmるで,花崗岩風化残債土の15∼2Og/cm8に比べて低い借を示す. 文 献 (1)須藤俊男:粘土鉱物,250−262,岩波全軋(1969). 学性について,番犬農学報,7(1),105−111 (1955). (5)青柳省吾他:花崗岩風化残墳土の基本的性質と 二次的性質について,香川大学農学部学術報告, 26(1),25−36(1974)” (2) 日本粘土学会編:粘土ハンドブック,432−436, 技報堂(1967). (3)土質工学会編:土質試験法,土質工学会,(1969). (4)斎藤 突他:花崗岩質および安山岩雲上壌の理

ON THE FUNDAMENTAL AND SECONDARY PROPERTIES

OF RESIDUAL ANDESITIC SOILS

ShogOAoYANAGIandHirQjiYoKOSE

SⅥ.mma.ry

Asthepropertiesofr・eSidualsoilsarer・eStricted toaccrtainlimitin accordancewith their

motherrocks,itisimportanttoinvestlgatephysicalpropertiesof’di駄rentresidualsoils・The

fundamentalproperties,eSPeCiallyclayminerals,SPeCificsurfaces,gTainsizedistribution,have

agreatinfluenceonthesecondaryproperticsofsoils・Thispaperdcscribessomerelationships

betweenthefundamentalpropertiesandsecondaryonesofresidualandesiticsoils

Theresultsarcsummarizedasfo1lows:

1)Theclaymineralsof■residualandesiticsoilsaremainlymontmori1loniteandkaolin

2)Theresidualandesiticsoilsarepooringravels,SOthescsoilsareprincipallycomposedof

Sand,Siltandclay.

3)Thespeci丘csurfacesof.theseresidualandesiticsoilsarebetween9…9m2/gand97い5m2/g

In general,the specific surface ofresidualandesitic soilsis considerablylarger than thatof

residualgraniticsoilsinsimilarrangeof’grainsize

4)Ingeneral,theresidualandesiticsoilsaremorecohesivethantheresidualgraniticsoils小 5)Ingeneral,thewaterholding−CaPaCityof.residualandesiticsoilsis considerablylarger

thanthatofresidualgraniticsoilsinthecaseofsimilargrainsizedistribution

6)TheoptimummoistureCOntentSOftheseresidualandesiticsoilsarebetween21%and40%・

7)The maximum drydensities ofthese rcsidualandesitic soils arc betweenlい2g/cm3and

l・6gノcm3

8)ItisconsideredthatthewaterholdingCaPaCityandthecompactionpropertyofsoilsare

moreinfluencedbythespeci丘csurfacesandtheclavmineralsthanbythegrainsizedistribution

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参照

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