締固め土の締固め特性と透水性との関係について

        山  村  善  洋

        (農学部土地保全学研究室)

On the Relationship between the Compaction

Properties

      and

Permeability ｏｆCompacted

Soils

        Yoshihiro Yamamura −

Ｌａｂｏｒａtｏｒｙ ｏｆ Ｌａｎｄ Ｃｏｎｓｅ・ａtｉｏｎ, Ｆａｃｕlりｏｆ Ａｇｒictぷｕｒｅ

 Abstract ＺIn an earlier paper, the writer reported the compaction properties of Akaonji. In the paper, the writer investigated the permeability which varies according to the degree of

compaction and considered that the permeability might depend on the newly defined effective porosity instead of porosity in experimental formulations of Kozeny or Zunker. The consideration explains the results of Akaonji well. After the earlier paper, the writer made experiments on two more samples. The purpose of this report is to report and consider the results of the supplementary experiments.       緒    言  前報１）では，赤音地の締固め特性と透水性について報告した。その報告の中で，赤音地は他の火 山灰土壌と同様の締固め特性をもち，かつ，締固め条件によってその透水性が著しく変動すること を示した。透水係数に関しては, Kozeny, Zunkerを初めとする数多くの研究者によって，間げ き率を考慮した透水係数に関する実験式が提唱されている。  そこで，著者は赤音地の締固めによる乾燥密度の変動，すなわち間げき率の変動との関連で透水 係数を整理したが，間げき率の変勁では透水係数の変動を説明できなかった。著者は，この理由を 締固め時に含まれる水分が，締固め後の試料の透水には関与しないものと考え，透水に有効な間げ きを“有効間げぎと定義して考察を試み，赤音地の場合についてはうまく説明できることを報告 した。  本報告は，前報の中で述べたことを確認するために，異なる他２種の試料について同様の実験を 追試し，その結果を整理し考察を加えたものである。        実 験 結 果  試料は，㈲赤音地，㈲黒ボク（黒色火山灰土）バＣ）赤色山土である。それらの粒度試験結果を，

Table-1, Fig-1, Fig-2に示す。

 これら３種の土の締固め曲線と，締固め試料の透水係数（Ｋ１５＊）と締固め時の含水比（ｌむ）との 関係をFig-3 (片対数紙）に示す。  尺15∼７ひの関係式は，最小２乗法によって求め図中に示している。 ＊ K15は15.0°Ｃの水温に換算した飽和透水係数である。透水評験を行なう供試体は, Fig-4に示される様  に不飽和であるので真空ポンプを用いて飽和状態にしている。 従って，透水係数は飽和度かほぼ100％の飽  和透水係数である。

70 _{高知大学学術研究報告 第31巻 自然科学}

  Table-1.Ｒｅｓｕltｓ ｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎａｌｙsi･s

八八Sampl

  ￣へ

coarse sand 0.42くjく2.00 ゛゛ fine sand 0.074くjく0.42 silt    0.005くjく0.074 clay        jく0.005 colloid       j＜0.001  6.5％ 43.2 39.5 10.8  7.2    10.7％ ‘｀ 29.0    35.8    24.5     8.0 12.5 13.8 28.7 45.0 18.0 coefficientof uniformity び。

coefficientof curvature U'。

23.7 1.98 52.1 0.690 一 一 disparsant    ※   ｜   ※※   ｜   ※※ ‰旨昌忿ごtmo゛te 00  80  60  40︲  20 −     ︵∼︶Ｑｇ芒８﹂ａＳＩ ０ 0.001 1 0 0 ０    0.01      0.1.         Ｇ。ｎ size（ｕ）

Fig. ] Particlesize accumulation curve

０ 1 0 0

1.0

O Akaonji D Kuroboku

△Red mountain soil

      50       ●        Silt        ’し Fig. 2 Three samples in equiti'ianglechart

(％)

[   ｕ ] ｏ ／ ３ ) Ｘ ; ! Ｓ Ｕ ９ ａ ２ ． ０ １ ． ５ １ ． ０ ０ ． ５ 1 0 10-｢ ( ｙ ａ ｉ ３   ) ＾ ' ｍ      1 0 A:ii￨iｑＢ９Ｅ﹄３ｄ 1 0      water content at ｃｏｍｐａｃtｉｏｎ（％）

Fig. 3 Variations of permeability and bulk density      with moisture content at compaction

72 １ ． ０   ８       ６     ４       ２   Ｏ ０     ０   ０     ０ Ｓ Ｓ Ｓ Ｂ Ｕ ｄ ３ ３ Ｊ １ Ｊ １ １ ０   Ｏ j l Ｂ Ｊ j 2 0 4 0 高知大学学術研究報告 第3i巻 自然科学 Akaonji １ ． 0 0 . 8 0.6 0.4 0.2 Kuroboku ︲‘１  ０ ０ ． ８ 0.6 0.4 0.2

Red mountain soil

   60   80  30     40     50     10

       Water content at compaction Ｗ （％）

Fig. 4 Relations betヽヽ/eenthe ratio of three phases and moisture

content at compaction       ゛’｀ 15  Fig-4は，３種の土の締固め時の試料の３相分布である。  これらの結果より，土性の違いか締固め特性の違いとなって現われ，かつ，透水性にも大きく関 連していることが分る。      ’，  すなわち，赤音地は最適合水比が大きく乾燥密度か小さく，締固めの程度によって乾燥密度およ び透水係数が大きく変勁する。一方，山土の場合，最適合水比は小さく乾燥密度か大きく，締固め の程度によって乾燥密度および透水係数はさほど変動しない。黒ボクの場合，両者の中間的な特性 をもっている。      − 考 察  間げき率を考慮した透水係数を表わす実験式として，代表的なものに次のKozeny, Zunkerの 式がある。       ’ Kozeny :Ｋ＝立       μ Zunker :瓦＝匹       μ D ｔ 。 ￡) ≪   43 (1−０２   ７z2 (1一戒)2  ここで，ｱ1:間げき率，μ：水の粘性係数，Ｃｉ，Ｃ。:粒子の種類で決まる係数，Ｄ。:有効径  両式の基本的な違いは，間げき率の関数であって，これらをそれ｡ぞれ      ｎ３/(1−ｎｙ- ＝ Ｋｎ＾)      n2/(1一戒)2＝f(,７t。) とすると, /-(n*)∼n, Kn.-)∼7zの関係は, Fig-5 (片対数紙)の様に表わされる。このことは， ある試料の透水係数が間げき率とともに与えられると，締固めの程度によって変動する透水係数 は，締固め試料の間げき率を測定することによって決定され，かつ，間げき率の変勁幅か分ると透 水係数の変勁幅が決定されることを意味している。        ，  ところで，前報で報告した様に，赤音地の場合には間げき率は, 0.62から0.76の間で変動するの みで，μ４)，八心)の値は１オーダーと変動しない。そこで，著者は透水にとっての“有効間げぎ を考え，間げき率の代りに有効間げき率n,(Fig-4でzz。＝?１６)を定義し，それらの値を間げき率 の代りに使用した場合にはfCn．)の値は103のオーダーで変動し，透水係数の実験値の変動幅と合 致することを示した。      ｀  ３種の試料のn. Ticの変動幅をTable-2に示す。

1 0 1 0 0 1 0 f(n) 1 0 1 0       ｎ

        Fig. 5 Relations between ｎ and ｆ（ｎ）

Table-2 Ｍａエimｕｍ ａｎｄ ｍｉｎｉｍｕｍｖalｕｅｉ ｏｆｐＯＴＯtiり

Sample _{Akaonji Kuroboku} Red mountain    soil porosity (n]〉 effective porosity （7z｡） 0.62∼0.76 0.038∼0.62 0.55∼0.61 0.042∼0.30 0.41∼0.44 0.13∼0.25     − 1 0 10"' 1 0 ︵？ｆｉｏ)='Ｍ ｊ 呂 ぶ 10￣5 10￣6 1 0 ０ ０ ． ２ ｎ ｅ ０ ． ４ ０ ． ６ ０ ０．１ ０．２ ０．３       ｎ

Fig. 6 Relations between effective ｐｏｌ･osityand permeability

０ ０．１ ０．２ ０．３    ｎｅ

74 高知大学'学術研究報告 第31巻 自然科学  Table-2の値をFig-5の72の値に代入すると，各試料のf収i，），/（れｌ）の変動幅がオーダー 的に分り，聞けき率（Ｏ の代りに有効間げき率(n,)を用いて/fe), Kn,-)を求めると，特に/ （れ皿）の場合，透水係数の変動幅と合致することが分る。  そこで，各試料の透水係数の１つのデータを基に，fin．）,値を算出しZunkerの式によって透水 係数（計算値）を求めた。それらの値を実測の透水係数と比較するためにFig-6に試料別に図示 する。      レ  以上の結果から次のことか明らかになった。  （1）締固め時の含水比によって乾燥密度が大きく変勁する,火山灰土（試料(A), (B))では，有効間 げきが著しく変化し，透水係数も大きく変動する。  （2）粘土分の多い山土（試料（ｃ））では，最適含水比が低く，締固めによって間げき率も殆んど変 化しない。有効間げき率は，締固め時の含水比の増加とは逆に減少するという特性と関連して(Fig −4｀参照）透水係数も特異な結果を示す。  (3) 3種の試料の結果を総括すると，透水係数はZunker型の式で間げき率の代りに有効間げき 率を用いると，土の種類と無関係に有効間げき率の関数として統―的に表わすことかできる可能性 がある。そのためには，有効間げき率を，土の保水エネルギーの大きさ,との関連において，より厳 密に定義すべきである。       結    言  前報の結言に付加して，本報に述べた結果から明確に示'されたごとは，試料の透水性を決定する のは試料の間げき率ではなくて，有効間げき率であるという点である。この有効間げき率が更に合 理的に定義される'と，試料の違いとは無関係に，試料の透水係数を有効間げき率の関数として表わ すことのできる実験式が見いだされるものと考える。       参考引用文献 ／ 1 ）  山村善洋，赤音地の締固め特性に関する研究，高知大学学術研究報告，第30巻，自然科学pp 21―29 (1980. (昭和57年９月29日受理) (昭和58年２月15日発行)