水分特性曲線のヒステリシスに関する一考察
鹿児島大学工学部 学生員 ○岩下浩之 USS 研究所 正会員 阿部廣史 鹿児島大学大学院理工学研究所 正会員 北村良介 鹿児島大学大学院理工学研究所 正会員 城本一義 鹿児島大学大学院理工学研究所 学生員 CALO ERWIN
１．はじめに
水分特性曲線は,不飽和・飽和浸透解析において重要な位置をしめており,水分特性曲線の精度が解析結果に 大きく影響する.土の保水性試験によって得られる水分特性曲線は,不飽和土の保水特性を反映した曲線であ り,乾燥過程と湿潤過程でヒステリシスを描く.従来の試験法
でヒステリシスを求めるためには長時間を要していた（特に, 湿潤過程で平衡するまでの時間）.従って,水分特性曲線のヒ ステリシスを精度良く,かつ,容易に得られる試験法が課題と なっている.
0 20 40 60 80 100
0.001 0.01 0.1 1 10
通過質量百分率
[
%]
粒径 [mm]
森本・阿部ら１）は,水分特性曲線のヒステリシスの解析を目 的とし,三軸試験装置を改良した保水性試験装置を試作し,新 しい試験法を提案している.ここでは,この装置を用い,阿部 らが提案している新しい試験法によって保水性試験を行い, 得られた結果について考察を加えている.
図‑１ 川内川しらすの粒径加積曲線
２．試験試料,装置,手順
2.1 試験試料
R
試験に用いた試料は,鹿児島県川内川の旧河 川堤防に使われていた二次しらすである.二次 しらすについては,2mm ふるいを通過したものを 用いている.図‑1 に試料の粒径加積曲線を示し ている.土粒子密度は 2.55g/cm3,である.初期含 水比が 33.06%,初期間隙比 0.89,になるように締 固 め た . 供 試 体 の サ イ ズ は , 直 径 50mm, 高 さ 25.5mm であり,24 時間凍結したものを用いた.
2.2 試験装置 図‑2 に保水性試験装置の概要図を示している.
装置の主な構成要素は,空気圧を連続的に変化 させる,あるいは制御できる⑧マルチファンク
ションシンセサイザで形成された電気信号を空 図 気圧に変換する⑦電空変換器である
⑪
R
R R
①
②
③
⑥
⑨
⑤
⑦
⑧
④
⑩
⑫
‑2 保水性試験装置の概要図
. ①上部間隙水圧測定 ②下部間隙水圧測定 ③セル圧測定 2.3 試験手順 ④背圧測定 ⑤加算圧測定 ⑥質量計 ⑦電空変換器 凍結させた⑫供試体を非排水状態のセラミック ⑧マルチファンクションシンセサイザ ⑨排水容器 ディスク上に設置し,乾燥しないように注意しなが ⑩エアータンク ⑪水タンク ⑫供試体
土木学会西部支部研究発表会 (2010.3)
III-104
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ら大気圧に解放した試験装置内で解凍と初期サクションの測定 を行う.次に,セラミックディスクから⑩排水容器へ接続してい るバルブを解放して排水も吸水もしない状態をレギュレータを 用いて作り出す.引続き,試験装置内の圧力を増加させ排水・吸 水を行う.
３．試験結果および考察
図‑3 に森本・阿部ら 1)がいった豊浦砂の水分特性曲線,図‑4 に
圧
し
分特性曲線１）では,2 波目によって描かれた水分
の川内川し
今回おこなった豊浦砂の水分特性曲線を示している.図‑4 に
おいて,マルチファンクションシンセサイザの設定が適切でな かったため,湿潤過程での水分特性曲線が図 3 に示すような曲
線になっていない.今後の検討事項である.
図‑3 豊浦砂‑水分特性曲線１）
図‑5 (a)は,川内川しらす供試体内の間隙空気圧,間隙水
5
,サクション（間隙空気圧‑間隙水圧）の経時変化を示して いる.図‑5 (b)は,同じ試験で得られた含水比の経時変化を 示している.本試験では,間隙空気圧がピークになるまでの時 間を 200 分に設定した三角波の空気圧をセル室へと供給した.
図‑6 は,川内川しらすの水分特性曲線のヒステリシスを示 ている.
図‑3 の水
特性曲線は閉合したループ状態になっている.これは,供試体 図‑4 豊浦砂‑水分特性曲線
0 1 2 3 4
0 5 1 0 15 2 0 2 5
保 水 特 性 曲 線
サクション [KPa]
含 水 比 [ % ]
が最初の排水・吸水過
図‑5
0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0
0 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00 1 200 1 40 0
間 隙 水 圧 [ k Pa ] サ ク シ ョ ン [ K Pa ]
室内空気圧/間隙水圧/サクション [KPa]
時 間 [ m in ]
室 内 空 気 圧 [ K Pa ]
程では構造の変化を伴 ったが,2 回目の排水・
吸水過程では変化がな かったためであると考 えられる.
一方,図 6
(a)(b) 経時時間
22 24 26 28 30
0 200 4 00 600 800 1000 120 0 1 40 0
含 水 比 [%]
含水比 [%]
時 間 [m in]
32
らすの水分特性曲線を 見てみると分かるよう に,1 波目によって描か
れた水分特性曲線で閉合したループとなってい
1 0 0
る.これは,川内川しらすの場合,1 波目の排水・
吸水過程から構造の変化が無かったためではな いかと考えられる.
1 0
1
1 波 目 湿 潤 2 波 目 乾 燥 2 波 目 湿 潤
サクション[KPa]
1 波 目 乾 燥
4．参考文献
史,豊田富晴,小西純一：新
1) 森本紘文,阿部廣
しい保水性試験法による乾湿繰返しについて,
第 41 回地盤工学研究発会,pp.865‑866,2006, 図‑6 川内川しらす‑水分特性曲線
2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 3 2
含 水 比 [% ]
土木学会西部支部研究発表会 (2010.3)
