155 罪17巻第2号（19占占）
粘性土と粗粒土の混合材料の工学的特性について
（1）Atterberg・限界値と粒度との関係
横 瀬 広 司，吉 良 八 郎
Ⅰ ま え が き フィルダム，道路，埋立などの盛土構造物の計画・設計にあたって，近くに適当な盛土材料が得られないとき，人 工的に配合調整して使用する場合がある．とくに最近ほ土工機械の発達により，比較的条件の悪い地点に規模の大き いものが計画され，施工されるようになり，適正な粒皮配合で均質な湖料が得られる人工的な混合試料を用いた方が 経済的な場合も生じ，使用される例が増加する傾向にある（1）∼（5）いこのためにほ，粗粒土を混入して，粘性土の掘削， まき出し，転圧の作業過程で生じる強度低下を伴ったtrafficability，圧密沈下などによる変形や盛j：の安定性の減 少を防止し，粘着力と内部摩擦角とを適当に結合させ強度と安定性を持たせることや，砂質上の地震，槻械振動など による粒子胃格の崩壊，再配列に伴う変形，流動を防止するために粘性土を混合するなど，細粒子により強度と高い 内部摩擦力の発生，粘性土により強い水膜形成による大きい粘着力の発生を促して，盛土構造物のそれぞれの目的に 合致した物理性，力学性，透水性などを発揮する粒皮配合の人工的な混合材料が用意されなければならない． 本文は，混合による土の物理性，強度特性，締め固め特性，透水性などの土のエ学的性質の変化の傾向を明らかに する目的で，粘性土（粘土とレル十分より成る土）と粕堪土を人工的に種々の配合比で混合して一行った実験の内，液 性および塑性限界試験結果の報告である． Ⅱ 実験の試料と方法 2，1実 験 試 料 実験に使用した粗粒土（砂）ほ徳島県吉野川河口附近の海岸砂で，上流の地質から和泉砂岩，蛇紋岩，縁泥片岩な どの結晶片岩類から生成されたと考えられるもので，その粒度曲線ほ図−1中に示す．この砂を液性および塑性限界 値の測定が0．42m皿以下の試料で行われ る関係から粗粒士分として042−025mm （A），0．25一口い1D5mm（B），0．105−01074 mm（C）の三層類の妙にフルイ分けして 混合用の材料とした． 粘性土ほ （1J石灰質の硬砂岩の風化した徳畠県 那賀川上流，柳瀬の土… （2）輝緑凝灰岩の風化した徳島県那賀 川中流，桜谷の土． 0 0 0 0 0 0 0 0 7 6 5 4 3 2 1 瓜鋭百分率 ︵％︶ 104103 102
101 第1隊1試料土の粒皮曲線 （3）花崗岩風化物の香川県香川大学農学部敷地内の土 （4）関東化学KK製のカオリン． の4種類でそれぞれの粒度曲線は．図−1中に示す‖ ただし，（1ト（3）試料の曲線は0小074mm以￣F−の部分での分析の結 果である 実験試料は粒皮組成を変化させる目的でけH4）の4種の粘性土に，それぞれ，（A）−（C■）の5種の粗粒土を仝重畳に 対して0，10，2D，50，40，50，る0，70，80，90，100％の各割合で混合調整したもの152試料を用意した 2，2 実 験 方 法 この南限界値ほ乱した試料の水に対する性質を便宜的に規定するもので，試料に含まれる粘土鉱物の型，粒子の 大きさ，形状，分級の度合などにより水と土との問に潜在する性質が数値として表現されるので，粘性土の分類や土OLIVE 香川大学学術情報リポジトリ
154 香川大学農学部学術報告 柱 粘性土ほ0074mm以下の試料についての測定値 の力学的性質の推定などその利用度は高いけ しかし，この南限界測定ほ土質工学会の「土質試験法」の解説中に挙げ られて−いるように，測定操作は比較的容易であるが，試料の準備，調整および試験中の取り扱い方，試験者の技能な どの因子が直接測定結果に．影響するとされている．．とくに試料の準備過程紅おける風乾の程度と調整中のこね返し時 間紅よる影響が大きいため，これらの点で試験法の．丁IS改訂の動きもある．．（土と基礎，12（12）42）．． 本実験では．試料に影響する程々の条件を均一・にするため，同一・実験者が同一・器具を用いで全べての測定を行い， JISの規格を上記の二点について∴更に厳格に規制した．試験開始時の試料含水比ほ完全に風乾状態のものを用い，液 性限界測定時のこね返し時間については，内田，松本（6），松本（7）の研究に準拠して，最初の注水を溝のとぢる状態の 皿の打撃回数が40−50匝Ⅰ程度に．なるやわらかさを得るまで試行しながら続け，注水開始から10分間はこね返しを行っ た小 その後，測定開始まで20分間試料とよくなじませるため放置，以後，新しい含水状態になる毎に5分間はこね返 しを行うことに定めて各測定間に差がないように努めた．．こね返し速度ほ松本の研究（7）により毎分90回程度とした． Ⅲ 実験の結果と考察 砂，レルトの大きさの粒子間には本質的な結合力はなく間ゲキに水が部分的に入っている場合に表面張力による結 合力が仇くにすぎず，試料の液性限界値を決定するものは粘土またはそれ以下の微粒子間に幼く本質的な結合力であ ることがNicholis（S），Seed（9）らの研究で明らかにされているから， 混合試料の液性限界値を決定するものは粘性土中の粘土分であり， 混合した粗粒士の鼻の増加は，その影響力を減少させて行く肋きを 示すと考えるこ．とができる いま蛋鼠比でP％粗粒土を混合した試料の含水比（W）は図−2 から11）式で表わされ，Wo上．を粘性土間有の液性限界値とすれば，P ％粗砂混合土の液性限界値W上収（2）式となる
W＝×10ロ＝（10ローP）
（1） Wム＝・〕一課・Woム （2） ﹁ ユⅥrsW・−1
WS ⊥
＋ 服 ⊥十か⊥
S つぎに粒度とConsistencyの関係をみるため，粒径の代表値とし 節2区！試料構成の模式図 てKozenyが透水係数算定のために定義した次式で表わされる平均粒・径（dm）を採用した ＝∑一 言：r （3） △はフルイ目dnとdn．1の間にある土砂の全蚤鼠に対する比で1，／dnn．1＝1／5（1dn＋2／dn＋dn．1＋1／dn．1）の関係 がある（10） いま，粘性上の平均粒径をdl，粗凝土の平均粒径をd9とすると，粗髄土混合率P％時の試料の平均粒径d皿ほ第17巻欝2号（19占る） 155 d皿＝【 （4） で表わされ（2）式は Wム＝†義㌔（意−1）〉woレ （5） 塑性限界も同様な仮定にしたがうとすれば， 図一1と（1），（4）式から 恥＝1覧ぎwop＝†す妄㌔忠一1）〉wt｝p・（6） ここにW。p＝粘性土の塑性限界値”（％） Wp＝P％粗粗士混合試料の塑性限界値‖（％） 実験結果と2い5の仮定から求められた（2），（51， （6闇こからの計静の結果について図示したのが図 −5∼図−るである．．図−5は租粒土を混合した とき，その鼠が魔加するにつれて液性限界値が 減少する関係を示したもので，計算値は粘性土 の液性限界値WoIJを柳瀬土101．9％，桜谷土 5る．5％，農学部土るる，．る％，カカ■リン45．．る％とし て（2）式より求めて破線で表わした．．実線ほ粗粗 土のうち，0，．1D5−0、25mm（B）を混合したとき の測定値を結んだものである1．図−4ほ塑性限 界と粗粗土盛との関係で，図−5のときと同様 に（B）を混合したときの測定値を実線で結び， ㈲式から粘性土の塑性限界値W。pを柳瀬土57…5 ％，桜谷土25小5％，農学部土52、2％，カオリ ン270％として計辞し破線で示したい また粗 粒土混合率が80％以上と70％の−・部では粗村土 の影響が強く表われて測定不能となった‖ 液 性，塑性とも，名粘性土龍よって図上の位置匿 差があるが同じ様な変化の状態を表わしてお り，混合率が高くなるにしたがって実測値が計 算値より砥が大きくなって近似が悪くなって行 く．．計算と実測は粗粒混合率が，液性限界で 50一占0％，塑性限界で5ロー50％程度まで大体近似 する様である．液性に比較して塑性限界の近似 が良くないのは，粗凝土分の増加につれて測定 操作がやり難くなるための実験誤差の増大もあ るが，試料の状態自体も問グキに完全に水に満 されているとして求めた（61式成立の仮定に従わ なくなって，微税子間に仇く本質的な結合力以 外の表面張力などの作用を生したのではないか と思われる．−・般的傾向として同一・粘性土内で は粗粘土の混合率の増加につれて直線的に両限 界値は減少してゆき，粗粒士のみの場合と同様 な性質を示すとみられる測定不能限界点は枇砂 ＼ ○柳i朝土 ㊤桜谷土 0カオリン
一
失測他 3 2 液 性 限 界 軌 ︵％︶ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 粗粒士j琵合率 P（％） 第5図滑合土の粗粒土鼻と液性限界の関係 10 ＼ゝ ヽ ＼＼ モ主、ヾ 転 ＼ゝ
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10」 塑 性 限 界 WF ︵％︶ 粗」拉二L汀乙合率 P（％） 第4図 混合土の粗粗土愚と塑性限界の関係OLIVE 香川大学学術情報リポジトリ
香川大学農学部学術報告 15占 混合が70％附近で，0−70％の間では混合景に比例 して粘性土の特性を失って行く様である．これは 混合土を力学的特性の変化の面から実験的研究を 行った倉田，藤下両博士（11）が示された実用上の 粗粗土区分である80．％混合領域に大体−・致した．． しかし，粘性土区分として示されている幻％点は 明らかに認めること方ミできなかった．（文献（11） のジル＝区分は0．05・−0．．005nmである」） 図−5と図一るは．混合率の代りに粒径（平均粒径 dm）を用いて図一5と1到−4に示された関係を書 き変えたもので，これによると混合率を基準とし たときに各粘性土匿よって．測定値の変化（Pの変 化により）の位置が明らかに分かれていたのが1 つの曲線上に乗る様な傾向に変ってきた．これは 本実験に採用した各粘性土が，図−7に・示すよう に，−・般に同じ土層から出た異なる試料や化学的 に性質を変えた試料の表わす点はA線と大体平行 な直線となると言われる（12）塑性図上で，各粘性 土の値がA線にそって変化していること，さら に，カオリンを除く他の5試料はともに河川など による運搬・分級作用を受けていない残積土であ る点などから考えると，その性質が似かよったも のであったとも言えるが，粘土が停類匿よって土 全体の性質に著しい影響を与えるものであるた め，粘土の仇きの相違を表わすための指数として． 知られている活性度による分類法にしたがうと， 図−8で示すようにカカリン，桜谷土が0．75以下 の活性度で非清性粘土，農学部土，柳瀬土が普通 粘土，（0．75−1…25）と変化しているから，粘性土 の残横，滞砧などの環境別，運横営力別などの幾 つかのg工Oup紅よって図上の位置の変化ほあると は思われるが，かなり異なった性質の粘土が同じ 傾向になることほ粒径因子とAtterberg限界の問 ●柳1頗二Ⅰ ①農Lf：部二1 ウ桜そヾ・二】 ○カオリン 一−−− 国
一
国 ＼の ＼（｝ 田 ＼ 0 ＼ ○ ＼ ＼ ＼ ＼ 0 ＼ し〉 ＼ ＼ く） ＼ 0 0005 001 0015 002 00 5 6 液 性−狽 界 WL ︵％︶ 平 均 拉 祥 dm（mm） 算5賢l混合土の粒径と液性限界の関係 に軒接な関係があることを示していると考え．られ る．．ぎ雪−5，図一占の破線の計剛直は柳瀬土のW。n＝101、9％，Wop＝57．5％を（5い6成に代入して求めたもので，実 線ほ粗粒土（B）を混合した場合についての測定値を結んだものである‖ また混合土でない現地の土の平均粒径と液性限界の関係について示したのが図−9で，粒径変化が大きいため半対 数紙上に表わしたが，混合土の場合と傾向が似ている”試料はRomingerの調査した米国Agassiz湖の滞積土（13）と 吉野川河口の滞範士（14）であるい我が国各地での実測の結果も，同じ地史を持つと思われる同じ地域の滞積物におい て，Atterberg限界値と粘土含有量の相関が良いことを示している（15）ので，上述のようなgroup別の変化はあって も，混合土の場合と似た関係が存在すると推定されるい157 卿7巻第2号（19占占） ●柳瀬土 ○農学部土 ○桜谷土 ○カオリン 一■−一新算値 3 一実測値 20 0 10 ＼・− −、 ○ 0 0 0 ○農学部土 0 ●桜谷土 ○カオリン 5432 粘土含有墓 ︵％︶ 0 判 竹 限 界 町 義︶ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 塑 性 指 数Ip（％） 第7図 試料の活性度 0 0005 001 0015 002 平 均 椒 径 dm（mm） 第占図 混合土の粒径と塑性限界の関係 0 〈U O 人U ∧U ∧U O 0 0 6 5 l ＜U 9 ︵る 7 液 性 限 界 WL ︵％︶ 中程度 皿 粘土u 0 ○沈泥 質粘土 貿粘土 】王 よぴ び沈 0 0 塑性指数iP ︵％︶ 敵 性 限 界 W．（％） 第8区Ⅰ試料の塑性匪1 4 3 0000100002 00005 00010002 0005 001 002 005 01 02 平 均 粒 径 dTn（m） 節9図 自然滞積上の粒径による液性限界値の変化
OLIVE 香川大学学術情報リポジトリ
香川大学農学部学術報告 158 Ⅳ あ と が き 本文は盛土構造物など紅用いるため紅人工的に調整された試料の特性を知る基礎的な実験として，粘性土と粗粒土 を種々の割合で混合した材料に．ついて−，混合による粒皮変化が土の諸特性に及ぼす影響を調べたもののうら，液性お よび塑性限界値の測定の結果を示した 液性および塑性限界値は粘性土の分類のはか紅土の流動または変形に抵抗する度合を表現するものと考えられてい るので，完全に乱した試料の測定偲でほあるが士の強度，圧縮性，透水性など紅密接な関係があることが認められて いる．これらから，混合の程度により生じる両限界値の変化状態は，混合による土の−・般的性状の変化を知る1つの 目安となると思われる 同∵・粘性土内では粗粒h土混合の増加につれて直線的に両限界値は減少して：いき粘性土の特性を失ってこいく様であ る．粗粒土のみの場合と同様の性質を示すとみられる測定不能の限界ほ70％混合附近である．これほ倉田，藤下両博 士の粗粒土領域の区分に大体−・致した．この変化を粒径との関係でみるとカオリンと残積土の本実験の範囲で，ある 幅を持つものではあるが同じ曲線上に全試料の測定結果が乗る様で，両限界値と粒度が密接な関係にあることが示さ れた −・部の現地土においてもこの傾向が示されたが，非常に活性度の高い土については検討ができなかったし，この関 係が全べての土にあてはまるとは断定できない付 しかし，かなり異なった性質の粘性土が粒径を基準とした関係に置 き変え．るとかなりの幅はあるが同じ傾向を示すことは粘土の性質に粗径因子の影響が大きいことを表わしていると思 われる． フィルダム，退路，宅地造成，埋立などで適当な自然材料が得られないため，人工的な混合材料の利用が増加して いる最近，混合土の物理性，力学性，透水性なとの特性ほ追求する必要のある問題と考えられるので，頭紅，これら の実験的な解明を進めて行きたいと考えている この報文作製にあたって，実験試料の地質学的性質の判定，分類に関しては本学梅拓工学研究室，斉藤実教授，土 壌肥料研究室，梅田裕教官の御指導を仰いだことおよび試料の採取，実験，整理には当研究室の川井万富犬，田淵英 俊，石谷俊範，山本功の四年生諸氏に多大の協力を受けたことを記し，深く謝意を表します 参 考 文 献 r81田中弥寿男：土の性質，土と基礎11（1），55−55− （19占5）2 （9）Seed，H，B，はか：FundanentalAspects of the Attenberg Limits，ASCE，4140，751−104（19占4） rl伽 石原藤次郎，本間仁編：応用水理学（上），丸拳， 185−18る，（1957） 肌 倉田 進，藤下利男：砂と粘土の混合土の工学的性 質に関する研究，運輸技術研究所報告，11（9），トちム （19占1）． 仕分 山内豊聴：土質力学，理工図書，21，（19る2） a3）RomingerJ．F。：Relationship＄ Of plasticity
and grain size of Lake Agassiz sediments，J Geol‥d2（る一），5・57−571，（1954） 一拍 横瀬広司：吉野川河口の滞積土の温度組成からみた 特性，土と基礎，11（4），24−29，（19ど・5） 姻 石井靖丸：軟弱地盤工法，技報堂，1占一17，（1959） （1）谷本喜一㌧はか：盛土地盤の2L5の特性，土と基礎， 9（4），12−15，（19占1）．． （2）稲田倍楷，沖田 昭：粘性土と砂の混合盛土材料の 特性について，土と基礎，9（4），1占−25，（19る1）” （3）三国英四郎：フィルタイプダムしや水壁材料の性質 と締め閻めに関する研究，土と基礎10（1），10（2），10 （う），（19占2）‖ 14）茨木竜雄：砂・粘土混合土の試験，土木学会第20回 年次学術講演会講演概要，55ト552，（19占5）” （5）渡辺 忠はか：泥岩を材料としたフィルタイブダム の設計例，北海道開発局土木試験所月報，110，2−17， （19る2）． （6）内田一郎，松本錬三：土のAtteIberg限界測定に対 する時間の影響，土木学会誌，58（1），9−14，（1954）， （7）松本鉄三：土の液性限界試験に∴ねける注水罷の影 響，土と基礎，5（12），22−27，（1955）り
算17巻第2号（19‘る） 159
On the Engineering Properties of Clay，−Sand Mixtures
（1）Relationships between the Atterberglimits and the grain size
HirojiYoKOSE and Hachiro KIRA
Summary The authors caIIied out experimental studies on the mixtuIes of cohesive soils and coarse
g王ained soils
This report containsthe explanation of the results of consistency tests on aI・tificial1y miⅩed sa皿ples
havingmiⅩture COntentS Of various ratios．
Relationships between the Atterberglimits and coarse g工ained soilcontents of sample are developed． Withtheaidofthese results an analysisis made todetermine the relationships between the Atterbe工g limits and the grain size formiⅩed soils．，These are shown tobein gocd agreement with actualliquid limit（plasticlimit）test dataat coarse grainedsoilcontents smal1erthanapproximately50（40）％．
The cohesive soilhas been generally treatedin completely different way＄ than the coarse grained
SOils．．In themiⅩtuIe SOils，the Atterberglimitslinearly decIeaSeS for the content ofthe coarse grained SOilincreasingい At the coarse grained soilcontents higher than70％，the miⅩtureS Willbe dominated
by the characteristics of the coarse grained soil．
（Received October150．1965）
