3.桜島火山灰砂の物理的諸性質

概要

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桜島火山地域における土砂害発生のメカニズを究明するうえで, 基礎的資料となる降灰および渓床滞積土の物理的性質を検討した。その結果は次のように要約される。(1)試料降灰のうち細粒子部分を火山灰と呼び, 粗粒子部分が多いものを火山砂と呼ぶことにする。試料としては火山灰, 火山砂, および渓床滞積土を用いた。とくに火山灰は各種の試験に供した。(2)試験行なわれた試験は, 土粒子の比重試験, 粒度試験, 現場密度など, 透水試験, 不飽和透水試験, 排水・乾燥試験, スレーキング試験, 膨張・収縮試験, 三軸圧縮試験, および最小密度試験である。(3)土粒子の比重これは, 火山灰, 火山砂ともに2.66,渓床滞積土は2.62である。(4)粒度組成火山灰は粘土分9%, シルト分24%, 砂分67%のシルト質砂, 火山砂はシルト分以下が7%, 砂分59%, レキ分34%の細粒分まじり砂である。渓床滞積土の粒度は場所によって大きく変化し, レキ質土, 砂質土, 細粒分まじり砂などとして分類される。(5)乱さない渓床滞積土の状態地獄河原では, 含水比15.4〜24.6%, 湿潤密度1.53〜1.69g/cm^3,乾燥密度1.22〜1.46g/cm^3,間ゲキ比0・80〜1.14,軽石が多い古河良川では, 含水比25.4〜36.6%, 湿潤密度1.22〜1.26g/cm^3,乾燥密度0.89〜1.00g/cm^3,間ゲキ比1.61〜1.93である。(6)火山灰の最小密度降雨などの影響を受けていない降灰の滞積密度を知るために, 火山灰の最小密度を測定した。その値は, 滞積状況で異なるが, 乾燥密度の最小値という点から決定すると1.31g/cm^3程度である。そのときの間ゲキ比は1.030である。(7)透水性火山灰と火山砂について透水試験を行なった。火山灰の透水係数は時間とともに増加する傾向を持ち, 間ゲキ比と透水係数の対数の間に直線関係が認められ, さらに10^<-4>〜10^<-5>(cm/sec)のオーダーの範囲にある。火山砂の透水係数は, ゆるい状態では時間とともに減少し, 密な状態ではわずかながら増加する傾向がみられる。また, 間ゲキ比の平方と透水係数の間に直線関係を認めることができる。透水係数は10^<-2>〜10^<-3>(cm/sec)の間にある。(8)不飽和時の透水性これは火山灰についてだけ試験した。不飽和火山灰の透水係数は飽和したものに比べて小さく, (4.5〜8.5)×10^<-5>(cm/sec)である。(9)重力排水・蒸発乾燥特性試料として火山灰と火山砂を用いた。重力排水は火山灰, 火山砂とも24時間以内でほとんど終了する。重力排水後の含水比は, 間ゲキ比によって異なり, 火山灰で13〜18%, 火山砂で10〜12%である。空気乾燥状態での含水比は0.38%程度である。火山砂は火山灰より水分消失速度が速い。含水比の時間的変化は, w=at^bによって表わされる(w=含水比, t=経過時間)。(10)スレーキング崩壊火山灰についてスレーキング試験を行なった。供試体の乾燥とともにスレーキング崩壊の時間は短かくなる。崩壊所要時間tと含水比wの間には, logt=m1ogw+hの関係があり, 含水比が低いほど崩壊時間は小となる(m, h=定数)。(11)吸水膨張・収縮特性火山灰に吸水させて体積変化状況を試験した。間ゲキ比が0.6〜0.7では吸水によって収縮も膨張も生じなく, それよりゆるい状態では収縮し, 密な状態では膨張(膨潤)する。収縮・膨張は吸水開始後5〜10分でほとんど全量を終了する。吸水による供試体高さの変化率Rと経過時間tとの間には, R=αlogt^2+βlogt+γの関係がある。収縮のときα>0,膨張のときα<0,体積変化を生じないときα=β=0となる。(12)セン断抵抗角火山灰, 火山砂について, 供試体の密度をいろいろかえて, 拘束圧が0.5および1.Okg/cm^2のもとで圧密排水三軸圧縮試験を行なった。火山砂はセン断を受けると膨張傾向が強く, 火山灰は収縮傾向が強い材料である。したがって外力を受けたとき, 火山灰は火山砂に比較して不安定になりやすい。火山灰のセン断抵抗角φ_dは30〜36度, 火山砂のφ_dは40〜50度であり, いずれも間ゲキ比eが小さいほどφ_dは大きい。φ_dとeの間には, φ_d=ne+lの関係があり, eを知ることによってφ_dを推定できる。粒子のかみ合いの補正を行ったときの摩擦角は34度内外である(n, l, =定数)。
1977-03-31

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