泥炭性有機質土の物理性と強度について

82 

泥炭性有機質土の物理性と強度について

己 雅 馬 突 す

Physical Property and Shear Strength for Peat 

Masak i TSUSHIMA 

(昭和

52

年

10

月

31

日受理〉

︑ ︑

.

¥

︐

az

‑‑

‑

余uv

︑ ︑

hJ v

・ ・

Q

﹁

¥

﹁

︑

LC

¥

︑

︑

J σ

︑

︑

︑ 司

︑ ︑

.

¥ Q .

︑

︑

︑

︑

@

︑

︑

︑

︑

︑︑@︑︑ ︒︑︒︑︑

¥

@

︑

@

@

︑ @

︒ ︑

︑

︑

︑

l ︑

¥ O h

弘︑i・司

︑ ︑

0

︐ ︑

.

︑

c

︑

︑

︑

︑

︑ ー

︑

︑

︑ ︑司︑︑

︑

︑︑︑︑

︑

2.2 

2.0  比

重

G 

1.8 

き

乱した状態における有機質土(黒泥)の物性およびそ の強度特性については，ある程度著者らによって検討さ れているわ。しかし，繊維質を多く含む土，いわゆる泥 炭性有機質土の工学的問題に関する研究は，未だ少ない

ようである。

ここでは，なるべく乱さない泥炭性有機質土の物理特 性について言及し，さらに室内試験(軸対称三朝l 圧縮試 験〉によってその強度と物理定数の相関性について若干 の報告を試みたい。

カ t

ま え

飯留の姻側議 川木義岡 地

桑 閥 横

O @

@ ・

1.6 

4 時聞を原則としている。比重の測定に際しては，ゲー リュサック形比重ピンに約

109

の試料を入れ，気泡を完 全に除くため，約

4

時間煮沸を行った。図一

l

は，比重 G と強熱減量{直 1

e

の関係を示したものである。比重が 強熱減量値の増大に「ドなって減少している。泥炭性有機 質土の構造模型として，国体相の中に無機質部分(ここ で・は比重

Gs=2.8

と仮定〕と有機質部分(比重

Gp)

と の合成体からなると考えられ. Gp の値を 1.3~ 1. 5 とし たときの

G

~

Ie

の関係を図示している。この図からわ かるように，大部分のデータがこの範囲

CGp= 

1 .

3 

~ 1 .

5)

の中に入り.

1 e

の噌大に{手なって

G

の値がかなり 広がりをもつことが注目される。これはほぼ同じ程度の

Id

直をもっ泥炭性有機質土でも，その植物の種類，生成 状態の相異を示唆するものではないかと思われる。植物 の種類および生成状態をほぼ等しくする場合には. 1 

e 1u

臼 で整理するよりも分解度などによって

.G

との関係を示 すことがより妥当ではないかと思われる。

初一一一‑‑‑so

強 熱 減 量 値1，(%)

比重と強烈l 減量値の関係

20 

図 ‑1

1.4 

試料および実験方法

本実験に用いた試料は，秋田県の雄物川流域および八 郎潟周辺から採取した乱さない泥炭性有機質土であり，

自然含水比300~800.%. 比重1. 4~ 1. 9. 強熱減量値40~

90%

程度の範囲である。個々の試料について物理試験を 行ない，それと並行してセ

γ

断試験を実施した。供試体 は直径

7.1c

l I I . 高さ

15.0cm

の円柱形であり，圧密を促進 するためにベーパードレーンを用いた。また供試{本のll'

JJ

面摩擦を軽減するために，シリコングリースを塗ったド ーナッツ型のゴム膜を使用した。試験は.

5

段階のほ力 で等方圧密した後，非排水セン断試験を行なった。納変 位速度は，約1.

4x10‑1mm/min

で行ない，発生関ゲ キ水圧は供試体の底端部で測定した。なお破壊規準とし ては，軸差応力

(σ1

ー

σ3)max

によった。

泥炭中の有機質部分の合有量を近似的に表示する尺度 として，便宜的であるが強熱減蛍値

Ie

をもってその他 とした。また測定法は，電気マッフル炉により

800'C. 

結果および考察 比重と有機物含有量 2 

3  3‑1 

泥炭性有機質土の物理性と強度について

3‑2 

含水比と強熱減量値

泥炭性有機質土では，含水比が有機物含有量の増大に 併なって増加している(図一

2)

。この図より

W

と

Is

の 比すなわち，宮

)112)

が提案がした合水一強熱減量比

w/

Is 

(=f)なる指数は， 有機質部分に対する含水量に相 当するものであり. またW と 1

s

との聞に線型関係が成 立するとすれば

W=fIe+Wo 

( 1 )   となり

Wo=O

としてその値は f

手8となる。ー般に圧

縮履歴をもたない素地の泥炭地盤に対しては f

手10

あ るいは

f>10

とみなしてよく，圧縮泥炭に対しては，そ の圧縮の度合に応じて

f<

lOとなることが示されてい る。したがってこの指数によって，泥炭性地盤の圧縮履 阪を推定する一つの手がかりとなると考えられ，さらに この値が非排水強度と結びつく可能性を示唆していると 言える。泥炭性土の堆積状態について示せば図‑ 3 のよ うになる。

w/Ie

値は，有機質部分の見かけ比重

1e Td/ 

Tw ， 水体積率

WTd/Tw

O t t 積物の内に占める水の体積

割問

r

0"同川 •

..1換の4 .図蹴ぬ ..鶴湾問旭

• • •

合6冊l 水 1

七

tt  却 (%)4卯l

@ ‑

@

@

••

 

@ B

@

︒ ︒

 

@

︒ ︒

。

200 

20  40  6画 一 一 寸 訂

強 熱 純 量f直1

， ( % )

(/1.) 

画

。

図

‑2

合水比と強熱減量値の関係

.

、

1.⑤、.

24dl¥hh _ン1・

r

•

. ， . 、 、

、、'oOo三、

。 施 、

、切@、、、、

。 飯 凶 川 ø~の本 .図恨a

・^aam地

、 ・ 、

一回 、

、、O.命 、 、 、 、 ̲wt，~乙~^

一』ーO‑o

ー ー コ "

~l

‑o̲ー ー ‑ w}í，.i'、 ~.8-<G o

: 1 U  ‑ ‑ ‑

U~I~υ 川り !ü !I.!H  O.:!O  11 山

l;l~

図

‑3 W/Ie

と

1

e r d /r

w

の関係

53 2

月

83 

割合〉のパラメーターとして表わされるものであり，こ れらの要素によって

w/Ie

は変化するものである。この 泥炭性土が圧縮されれば，

W

が減少し

WTd

/ r

W

も小さ

くなり，

w/I e

は減少することとなる。

3‑3 

コンシステンシー限界

図‑ 4 は泥炭性有機質土の塑性図上の位置を示したも のであり，粘性土と異なり液性限界

WL

が高くなるにつ れて

A Lineからはなれる傾向にある。液性限界と強

烈i 減益 : { I 自の関係を図 ‑ 5 に示す。強需品減量値が増大すれ ば液性限界は増大する。これは一般に表示されている性 質と一致している。また母材が無機質部分と有機質部か らなるため，有機質部分の合有量の増大が泥炭性有機質 土の保水性を高める原因となっている。また塑性指数と 1 

e

についても前図と同様な傾向を示すようである。図

‑ 6

は，泥炭の自然合水比

Wn

と液性限界

WL

の関係を 示したものである。

Wn

と

W L

との聞に相関性が認めら

地

川 本 氏 問 聞 の 恨 氏 雌 桑 田 航

︒@@・

t﹁

o 

n u  aq

J州  

伺 指 数

J62 

パP

シ/

品へoY

< D e  

.2'"/ 

・ .

1

虫 / ‑ ̲  

ぷ手/@ .  ' 

~/ ( ) リ

1" 2001 

@ 

000@ 

D  ♂  E 

@ 

hw 

400  600  放 怯 限 界 WL(%)

800 

図

‑4

~辺!性指数と液性限界の関係

柏崎

剛一 町一 四醐 留 母 国 刷 寄

@ 

@ 

@@ 

@ 

凹4 

液性限界叫ん的

<> 

@ @ 

。

⁰⁰

よ 。

20酎

20  40  60  強 熱 減 量 値h(%)

80 

l

叫

図

‑5

液性限界と強熱減量値の関係

(3)  Cc=Q.QQ7WL 

己 . 雅

馬

84 

対

泥炭性有機質土の場合にも正規圧密状態における応力 と飽和含水比との関係は

Wo‑W= (Cc/G) 

. e  

og (u/uo) 

で表わされることが実験的に認められている。

ここに

Wo

，

W

は圧密応力

aOI a

に対応する合水比，

G

は比重，

Cc 

はいわゆる圧縮指数で土質ごとに圧密圧 力の異方性に対応した値となる。

圧密による非排水強度の増加率が土質について圧密条 件に対応した定値とみなされるとすれば

Wo‑W=(Cc/G

) . e

og(Cu/CUo)  (5) 

となる。

CUo

，

Cu

は

6 0

，百に対応する非排水強度であ る。式

(4)

，

(5)

は

E

の変化に伴なう

W

，

Cu

の推移を示す もので，

W

の変化を通じて

E

または

Cu

の値の推移がま口 れる。初期値の知れている土質の圧密に伴なう

u

，

Cu 

の値の推移は，

W

の値を追跡測定することによって推定 できることを示すものであり，ほぼ一様とみなされるよ

うな地盤では大まかな意味では実用的な意味をも勺かも しれない。普通の無機質粘性土で

Cc/G

の値にさほど大 きな変異がなければ，

W

と.e

ogCu

との聞に線形関係が 認められることは従来のデータからも示される。

泥炭性地盤では不均質性の著しいことがその特徴の一 つであり，このことがその土質工学的取扱いを非常に困 難にしているー要素である。したがって上述の関係は，

供試体ごとの圧密過程に適用を限定して考えた方がよ い。有機質土に対する粘土の混入による試料の圧縮指数

Ccと有機物含有量の代替指標としての強熱減量値Ie

と の聞には，既に定性的に示されているようにわほぼ

~=mIe

0 0  

なる関係がある。

(6)

式のコウ配

m C=Cc/I 

o)は，試料 中の有機質部分の圧縮指数に相当することになり，この 値は当然植物の種類，生成の履歴などによって異なると 恩われる。しかし，今回用いた

4

種の泥炭性有機質土の

CclIe

は，図

‑ 8

よりほぼ定値とみなされ，

Cc/I t手6.4

となる。

G =Gs Gp/(Gp+I 6 (Gs‑Gp)]  (7) 

ここに

Gs

は無機質部の比重，

Gp

は有機質部の比重，

と表わせば

3)

，

Cc/G=m 1 e/G 

( 8 )   となり，

Cc/G

は

Gs

，

Gp

が定値とみなせる場合には

Io

のみによって変化することになり，

Gs=2.8

， 

Gp= 

1. 5 に対してデータと共に図に示す(図-8)oCclG~

Ie

は当然線形とはならないが，

(4) 

物理定数と強度

となる。

3‑5 

〆， 

， 

" 

• _J " 

. 

_・'

・ ' ， 

，  ， 

，  ， 

CJ 

・

，

^GI 

， 

，t

・

， 

。回路

， 

ー。，

.~

， . . '  

v  r 

， 

，'。

， 

， ， 

，  ， 

， 

， 

， 

， 

，  ， 

， 

~

。鍍図111

@桑の*

@闘担擬

・闇酔貝地

‑扇面

自然含水比と液性限界の関係 れ，両者の値はほぼ等しいとみることができるようであ る。この現象が他のデータとともに納得できうるなら ば，現場から得られた含水比を測定することによって，

その物性

(WL)

を推定することが可能と言える。

図

‑6

数

圧縮指数を液性限界から推定する方法が経験的に行な われている。これを適用してみたのが図ー

7

である。図 には，植物の種類および生成状態が異なる乱さない泥炭 性有機質土についてプロットしてある。これからスケ

γ

プト

γ

などが行なっているような

Cc

の推定値，

Cc= a 

(WL‑b) として係数

a

， b を求めてみた。その結果，

b

手

O

として

Cc=Q.QQ8WL  (2) 

なる関係式が得られた。参考までに乱した試料(黒泥〉

については 縞 指

3‑4 

圧

6 

〆 〆 .

#~""'，f4/' ^<>> 

/。.，〆

心 。 9 '

ノ 〆 〆 〆

。

L 

。 闘

111111

@ 染 出4、

()IsUUt 

. 蛾

1<1‑1'地 4 

2  圧 縮 指 数 仇

1100  4 0 0 ω o   波性限界仙.(%) 200 

圧縮指数と滅性界限の関係

図

‑7

85 

ある地点では.

W/le

値の経過によって

Cu

値 ( ( j値) の推移を知る可能性のあることを示すものである。そこ で今回の試料について .

Q og Cu

と

W/le

との相関性に ついて検討したのが図ー

10

である。これらの等方圧密供 試体(I

e = 

40~90%. 百 =0.3~ 1. 5kg/cm2) について回 帰分析を行なった結果，相関係数

0.82

を得た。ところで 水体積率

Wrd

/ r

w

は ，

W r  

d

/ r

w= (W /1 e )/[(I/Gp‑l/GS)+ 

I/Gsle+W/leJ

帥 のように

le

によっても変化し，強度へ与える一つの要 素と成りうるから， この状態量をも併せ考慮して.

W/ 

le

と

Wrd

/ r

wの2

状態量の関数として表示すると重相 関係数は

0.85

となった(図ー

11

。 )

泥炭性有機質土の物理性、と強度について

•

・

， 曲 '‑Cc/lt与6.4として計算

‑ ‑CcJG 

， 心 '

一一." 

o  20 

図

‑8

100 

"0  Cc • CclG

と強熱減量{自の関係

ノもh

ιc私〉ン

40  6u  強熱減量値[， (%) 

。飯園川

@桑の木

@ 殴 線 議

・検，.団地 6.0 

Cc  4.0 

Cc

勺

2.0 

ノ

ノノ

/  m v

h γ

〆 O

C× 〆

/ J

︑ !

u

代

﹁

¥ ︑

⑮ /

j k b f

・

4R J@ O 

J Y o f  

‑ O  

AV

・ v

・

︒ /

/ ん ゲ ノ ム

0.

C

* o

ノ

一 む ゆ

uv '

0 . 9  

/ 〆

JL o 

也

川 本 海 阿

川 の 似 森 飯 長 則 償

O@@ ・

① 

計

0.8

~:

f i l . [  

Cu  ( kg/rm

リ )

0.4 

•

01山川川

@余内4、

() Ill HU~ょ

.Wi 

氏l.li地

Cc/GI e

と強熱減量値の関係

ao 

図

‑9

。

40  4.0 

2.0 

20  CC/GI

， 

8.0 

却'q

，

@ 

。

。

@ 

。•

•

6.0 

。

•

。

Cu

の計算値と実視

l

J ( i 1 ' i 図

11

• 4.0 

•

。

。飯関川

@桑の木

@図録議

・機緯団地

論

乱さない

iJE

炭性有機質土についてその物性，さらに強 度と物理定数の一端を示したものであり，それらを要約 すると以下のようになる。

1) 

比重Gは有機物合有量:と密政に関述し.1 

e

の増大に 伴なって Gの f f fIがかなり広がりをもっ。

2) 

自然合水比と有機物含有量との聞には線形関係が成 立し. f 

(=W/le)

の指数によって泥炭の圧縮履歴を 打

"f

返する一つの手がかりが示された

0

3) 

白然合水比は液性限界とよい対応性を示すようであ り，その両者の値はほぼ等しくなる関係が得られた。

4) 

非排水強度と合水ー強烈

l

減量比との間には，よい相 関性が得られ

W/le

値の経過によって

Cu

値の抗移を知

る可能性を示唆した。

4 

結

C

c /

GI e =m/G  (9) 

( 9 ) 式を 1 1 に対応して図

9

に示したところ. 1 

e

の変化 による

C

c /

GIe

値の変動 l 隔は比較的小さいようである。

そこで仏)式を書き改めて，

Wo/I

す ‑

W /1 e =(C

c /

GI e )Qog  (Cu/CUo) 

( l G   とすれば.

CclGI e

を近似的に定値とみなすことが許さ れる範囲では.

Cu

は

W/le

によって統一的に整理され る可能性があることになる。泥民性地憾で、は少なくとも

2月

‑0.2  。

W/le

と

QogCu

の関係

‑0.4 

~"a， (kg/aoil 

図

‑10

‑0.6 

‑0;8 

86 

_{対 馬 雅 己} 終りに本研究を行はうにあたり御指導いただいた秋田

大学鉱山学部宮川勇教授に感謝の意を表します。

参 考 文 献

1) 

宮川・三浦・岩崎..有機質土の強度特性とダイレィ タンシー性状についての実験的考察，第 1 1 国土質工学

研究発表講演集， pp.263~266 ，

1976

年

2) 

宮川勇:泥炭地の土質工学的調査研究，第

3

報，北 海道開発局，

1958

年

3) 

宮川勇:泥炭性土の

2

，

3

の物理性と有機質，第

6

国土質工学研究発表会講演集， pp.97~100，

1971

年

4) 

対馬・岩崎・宮 J I I : 有機質土の強度試験結果に関す

る二，三の考察， i 土と基礎 J

pp 

.13~18 ，

1977

年