論文報告

公益社団法人地盤工学会中国支部論文報告集
地盤と建設Vol.40,No.1,2022

カラム通水実験における単層および二層地盤の細粒分排出挙動
Suffusion Behavior of Single and Two Soil Layers in Column Infiltration Experiments

髙野 翔太 1)，鈴木 素之 2)，石丸 太一 3)，小森 朝陽 4)1) Shota TAKANO，博士前期課程，山口大学大学院創成科学研究科，TakanoS@yucivil.onmicrosoft.com
2) Motoyuki SUZUKI，教授，山口大学大学院創成科学研究科，msuzuki@yamaguchi-u.ac.jp
3) Taichi ISHIMARU，博士後期課程，山口大学大学院創成科学研究科，IshimaruT@yucivil.onmicrosoft.com
4) Asahi KOMORI，博士前期課程，山口大学大学院創成科学研究科，i029fd@yucivil.onmicrosoft.com

実際の地盤は複数の層に分かれており，浸透流が生じた際には異なる複数の層に含まれる数種類の細粒分が移動すると考えられるが，粒径や物理特性が異なる細粒分が同時に排出されるプロセスには不明な点が多い．本研究では，数種類の細粒分が浸透によって排出された際の排出挙動を調べることを目的として，単層もしくは二層の地盤を再現し，鉛直
下向きの一次元通水実験を実施した．その結果，単層地盤と二層地盤で細粒分の排出挙動は異なり，二層地盤における土層の配置の入れ替えは土粒子の排出量や排水の濁度の値に影響することが明らかになった．
キーワード：細粒分流出，浸透，カラム通水実験，骨格間隙比，濁度（IGC：D-03，D-04）

1．はじめに近年，日本各地で豪雨による土砂災害が発生していることへの対応が喫緊の課題となっている．降水量が多くなる時期の発災では，その被害が拡大・長期化することが懸念される．一方，地盤内では浸透流が発生すると，それに伴って土中の微細な土粒子が間隙中を移動・流出する可能性がある．この現象は内部侵食と言われ，その既往の研究によれば，内部侵食による細粒分の流出は地盤の変形や強度特性に影響を与えるとされており，地盤の空洞形成や陥没につながる可能性があるとされる 1)-3)．
内部侵食による細粒分の移動形態 4) は，Concentrated
leak erosion，Backward erosion，Contact erosion，Suffusionのいずれかに該当される．石丸ら 5)は，Suffusion（以降，
細粒分流出と称す）に着目し，浸透によって排出される土の粒度組成の時間変化を明らかにすること，また，土粒子の流出量と排出土の粒度組成にどのような関係があるのかを明らかにすることを目的として，単一の土試料を用いた通水実験を行い，細粒分流出の時間変化を排水

図-1

地盤内の内部侵食の概念図の濁度から評価した．しかし，実際の地盤は透水性や粒度組成の異なる複数の層から構成されており，図-1 に示挙動を分析することを目的として二層の地盤をカラム通すように，地盤内で鉛直下向きに浸透流が生じた際には水容器内に再現し，細粒分流出を伴う定水位一次元通水

それぞれの層に含まれる種類の異なる細粒分が移動し，実験を実施した．一連の実験では排水の回収に要する時

土層の境界部では異なる細粒分同士が混合すると考えら間を計測しながら，排水の濃度と濁度を同時に測定し，れるが，粒径や塑性が異なる細粒分が同時に移動・排出

細粒分流出が進行中の両者の関係を経時的に追跡した．

されるプロセスについては十分に明らかにされていない． また，比較として単層の地盤を再現したケースでの通水
そこで，本研究では粒度組成および塑性が異なる 2 種類実験も行い，単層地盤と二層地盤での細粒分流出の挙動の細粒分が浸透によって排出された際の，細粒分の排出の違いについて検討した．

－ 15 －

髙野・鈴木・石丸・小森

飽和浸水時

通水実験時

図-2

円筒型カラム通水装置 5)の概略図
表-1

2．試験方法2.1 カラム通水装置
図-2 にカラム通水装置 5)の概略図を示す．本研究では，アクリル製の円筒型カラム通水容器を用いて，内部に単層もしくは二層の地盤を再現し，細粒分流出を伴う通水実験を実施した．二層の地盤を作製する場合は 2 種類のカオリン

DL クレー

2.74

2.68

73.1

NP

塑性限界 wp (%)

36.7

NP

塑性指数 Ip

36.4―

土粒子の密度3ρs (Mgm )

液性限界 wL (%)

土を上層と下層に分けて敷き詰め，単層の地盤を作製する場合は，1 種類のみの土試料を，層の厚みを倍にして詰めた．カラム通水容器内の寸法は内径 10 cm，高さ 20cm であり，そこに土試料を詰める際は，所定の密度になるように複数層に分けてランマーで突き固めた．供試体
下部には直径 5 mm の穿孔が 108 個あるアクリル多孔板とメッシュを設置し，排出される土粒子の粒径を制限した．本研究では，目開きが 425 µm のメッシュを使用し，細砂のみが流出可能となっている．また，供試体底板に漏斗状のくぼみを設けることで，土粒子が排出されやす

カオリンと DL クレーの物理特性表-2

珪砂の配合割合

珪砂

粒径（mm）

1号

4.8～1.7

93号

3.3～0.8

414号

2.4～0.3

165号

1.7～0.2

226号

0.6～0.07

2

7号

0.2～

10

―

100

合計

配合割合（%）

いようにした．カラム通水容器内の供試体に注水する際は越流によって定水位を保つことで，一定の動水勾配で供試体に鉛直下向きの浸透流を与えることができる構造となっている．
2.2 供試体の作製
2.2.1 土試料の配合
本研究では，粒度の異なる複数の珪砂を配合した粗粒
珪砂（以降，ホスト珪砂とする）と，細粒分としてカオリンまたは DL クレーを細粒分含有率 5 %となるように配合した土試料を使用した．表-1 にカオリンと DL クレ
ーの物理特性を示している．表-1 からカオリンは低塑性，
DL クレーは非塑性であることがわかる．カオリンおよびDL クレーを細粒分として使用したのは，二つの細粒分の－ 16 －

図-3

粒径加積曲線

カラム通水実験における単層および二層地盤の細粒分排出挙動塑性および粒径が異なることから，通水実験の時の排出挙動に違いが出てくると考えたためである．ホスト珪砂は珪砂 1 号，3 号，4 号，5 号，6 号，7 号の 6 種類の粒度の異なる珪砂を表-2 の割合になるように配合し，宇部
まさ土の粒度組成に類似させた．また，ホスト珪砂とカオリンを配合した土試料を“QK”（Quartz sand and Kaolin），
ホスト珪砂と DL クレーを配合した土試料を“QDL”（Quartz sand and DLClay）と命名する．QK と QDL の土
粒子密度は，どちらも ρs = 2.65 Mgm3 である．図-3 に本研究で使用した土試料の粒径加積曲線を示している．本
研究ではカラム通水容器内の最下部に 425 µm メッシュ

図-4

骨格間隙比 6)の概念図が敷いてあることから，流出可能な土粒子の乾燥質量のように容器を静置させ，図-2 の左側に示すように，供試割合は全体の 24.2 %となっている．
QK または QDL を配合する際の含水比については締固

体の上層部側から上向きに CO2 ガスを注入し，供試体にめ試験の結果から得られた最適含水比を採用し，QK に

CO2 ガスを約 1 時間かけて充満させた．その後，脱気水

ついては 11.5 %相当の精製水を加え，QDL についてはタンクのチューブを通じて上向きに脱気水を注水した．

10.6 %相当の精製水を加えた．

その際に，脱気水タンクの水面の高さが底板バルブの高さと同じになるまで，約 1 時間かけて脱気水タンクを上2.2.2 骨格相対密度 Drg の導入
混 合 土 の 組 成 は 図 -4 の よ う に 間 隙 (Void) ， 細 粒 分(Fines)および粗粒分(Sand)の三つに分けて考えることが昇させた．そのままの状態で約 1 日静置させ，供試体内を脱気水で飽和させた．

できる．本研究においては，カオリンと DL クレーが細粒分に該当し，ホスト珪砂が粗粒分に該当する．一般的

2.4 通水手順
通水実験時には，図-2 の中央に示すように，飽和が完な間隙比eは，固体部の体積 Vs ( =Vss +Vsf )と間隙部の体積了した供試体を設置台の上で元の向きに戻した．供試体

Vv の比により次式(1)で求められる．

へ注水するときの動水勾配の設定については，限界動水e=Vv
Vss +Vsf(1)

勾配ic を，式(4)を用いて計算した結果，全ての通水ケース
でic の値は 0.99 から 1.07 の範囲に収まることが分かった．
そのため，本研究では全ての通水ケースで動水勾配の値

しかし，本研究では細粒分流出の挙動を分析することが目的であり，細粒分を流出可能な部分の一部であるとみなす考えから，大嶺ら

を 1.00 に定めた．Gs は土粒子の比重，eは飽和完了後の供試体の間隙比である．

6)の研究を参考にし，細粒分を間隙とみなす骨格間隙比eg を採用した．eg は次式(2)で定

ic =

義される．

eg =

Vv +Vsf
Vss(2)

Gs - 11+e(4)

通水を行う前にカラム通水装置の上部タンクの水面の高さを，供試体上層部の上端と合わせて水位を固定し，動水勾配を一定にした．上部タンクへの水の供給は常に行

ホスト珪砂の最大間隙比を最大骨格間隙比egmax ，最小

われており，余分な水は越流によって排水される仕組み

間隙比を最小骨格間隙比egmin と定義する．egmax ，egmin およから，水位を一定に保った状態で供試体に鉛直下向きのび eg の 3 つで定義される相対密度を骨格相対密度Drg と浸透流を与えた．さらに，コンプレッサーを用いて供試して次式(3)のように定義する．

体に対し 100 kPa の先行荷重をかけ，10 分ほど圧密させた．その後，先行荷重は除荷した．

egmax - eg
Drg =×100 �%�
egmax - egmin(3)

通水開始と同時にカラム通水容器最下部の底板バルブを開き，下の放出口から出てくる排水を底板バルブ直下に設置している回収容器で回収した．1 つの回収容器に本研究において， Drg = 60 %を比較的密な条件として，
Drg = 30 %を比較的緩い条件として供試体を作製した．

おける採水時間は通水中に測定し，排水量，排出土の質
量および排水の濁度は通水終了後に測定した．排水の濁度と濃度の関係を経時的に追跡するには，短時間に分けて採水することが望ましいため，回収容器を板の上に一2.3 飽和の手順
カラム通水容器内に供試体を詰めたら脚付きの蓋を取列に並べ，板ごと動かすことで，速やかに容器の交換がり付けて容器を密閉する．供試体の上層部側が下になるできるようにした．排水の採水量は全体で 2,000 mL とし，－ 17 －

髙野・鈴木・石丸・小森
表-3
ケース
名
Case1
Case2
Case3
Case4
Case5
Case6
Case7
Case8

単
層

二
層

層の厚み
(cm)

細粒分の種類

20
20
20
20
10
10
10
10

カオリン
DL クレーカオリン
DL クレー
上層部：DL クレー

下層部：カオリン上層部：カオリン下層部：DL クレー

上層部：DL クレー

下層部：カオリン上層部：カオリン下層部：DL クレー

表-4
回収容器 No.

通水ケースの詳細
骨格相対密度Drg �%)
30
30
60
60
30
30
60
60

作成時の
間隙比e0

通水実験直前の間隙比e1

0.695
0.695
0.585
0.585
0.695
0.695
0.585
0.585

0.630
0.593
0.558
0.545
0.669
0.660
0.571
0.576

排水の採取状況（Case5 [上層が QDL，下層部が QK，Drg = 30 %]）

精製水

①

⑤

⑩

⑮

⑳

13.20
0.693
7.33
3675

12.35
0.344
3.69
1865

11.98
0.053
0.55
333

11.45
0.015
0.16
104.9

11.53
0.008
0.09
73.0

排水の写真

採水時間（s）
排土量（g）濃度（g/L）
濁度（度）約 100 mL ずつ 20 回分を回収容器で採水した．
2.5 通水ケース
表-3 に本研究で行った通水ケースの詳細を示す．単層
地盤を通過した場合と二層の地盤を通過した場合での細粒分流出の挙動の違いを比較するため，2 種類の細粒分および 2 つの骨格相対密度の条件を採用して，一層で 4
ケース，二層で 4 ケースの合計 8 ケースの通水実験を実施した．一層のみの通水実験の場合では，層の厚みは 20
cm であり，二層の通水実験の場合では，上層の厚みが 10cm，下層の厚みも 10 cm となっている．また，飽和させる前の初期の供試体の間隙比e0 ，および飽和の過程や上載圧により，間隙比が変化した後の通水直前の間隙比e1を示している．e0 は式(5)から，e1 は式(6)からそれぞれ求
めた．
図-5
ρ
e0 = s - 1
ρd 0

(5)

ρs
-1
ρd 1

(6)

e1 =

排水の流量の時間変化

表-5

図中の記号の詳細

供試体
イメージ図

QK

ρs は土粒子の密度（ρs = 2.65 g/m3 ），ρ  は飽和させる前Drg = 30 %

Case1

完了した通水実験直前の供試体における土粒子の乾燥密（緩詰）度である．eo に比べ，e1 の方が小さいのは，先行荷重によDrg = 60 %Case3って圧密した際に，供試体の体積が収縮しているからで（密詰）の供試体における初期の土粒子の乾燥密度，ρd 1 は圧密がある．

－ 18 －

QDL

QK

QK

QDL

Case2

Case5

Case6

Case4

Case7

Case8

QDL

カラム通水実験における単層および二層地盤の細粒分排出挙動(a) Drg = 30 %の結果
図-6(a) Drg = 30 %の結果
図-7(b) Drg = 0 %の結果
土粒子の排出量の時間変化(b) Drg = 0 %の結果
土粒子の累加排出量の時間変化

3．試験結果と考察
3.1【Upper：上層部の土の種類（QK または QDL）+Lower：

排水の目視観察表-4 に Case5（ 上層部が QDL，下層部が QK，Drg = 30 %）の通水実験で得られた排水の採取状況の例を示している．
20 個の排水の試料の中でも採取番号①番，⑤番，⑩番，⑮番，⑳番を示している．これらと併せて，細粒分が含まれていない純粋な精製水の写真も示し，排水の濁り具合を比較している．なお，通水に用いているのは一般的な水道水であるが，濁度‐濃度関係の検定には精製水を用いた．①番に関しては容器の反対側が全く見えないほどに濁っており，濁質物である土粒子を多く含んでいるのがわかる．それ以降の⑤番から⑳番にかけては排水の濁りは見受けられるが，水中に含まれている濁質物の量が減っていることが肉眼でもわかる．

下層部の土の種類（QK または QDL）-��� （30 %または60 %）】を表している．表-5 に図中の記号の詳細を示している．全体的に，Drg = 30 %と60 %で排水の流量に明確に差が出ていることがわかる．まず，Drg = 30 %のケース
では，流量が最も大きいのは Case1 の QK 単層のケースであり，最も小さいのは Case2 の QDL 単層のケースであった．そして，二層の結果である Case5 と Case6 の流量については Case1 と Case2 の間に入った．一方，Drg = 0 %の ケ ー ス に お い て は 単 層 の 通 水 結 果 で あ る Case3 とCase4 に大きな差は生じず，二層の結果である Case7 とCase8 の両方が Case3 と Case4 を上回った．透水理論を考慮した場合，Drg = 0 %においても30 %の通水ケースと同様，2 ケースの単層の流量の間に二層の流量の値が来ることが考えられる．しかし，境界面付近のミクロスケ
ールでの間隙構造の変化に影響され，透水性に変化が現

3.2 排水の流量の時間変化れたと考えられる．この点については今後の課題とする．

図-5 に流量の時間変化を示している．図中の凡例については，単層の場合は【土の種類（QK または QDL）-���

（ 30 % ま た は 60 %）】 を 表 し て お り ， 二 層 の 場 合 は二層のみの流量の結果に着目して，同じ骨格相対密度の条件で土層の配置が違うケースを比較すると，流量に大きな差が生じなかった．つまり，二層地盤の場合では－ 19 －

髙野・鈴木・石丸・小森(a) Drg = 30 %の結果
図-8

排水の濁度の時間変化

通過する土層の順番が変わっても，流量に大きな差は生(b) Drg = 0 %の結果

じないということが分かった．
3.3 土粒子の排出量の時間変化
図-6 に回収容器ごとに含まれている土粒子の排出量の時間変化を，図-7 に土粒子の累加排出量の時間変化を，それぞれ同じ骨格相対密度の条件ごとに分けて示している．図-6 に着目すると，ほとんどのケースにおいて，採取番号①～⑤番の間で排出量が大きくなり，それ以降の土粒子の排出量は通水に伴って急激に減少し，採取番号⑩以降はほとんどなくなった．これにより，供試体内の流出可能な土粒子については，通水開始直後に大半が排出され，その後は排出量が減少することが分かった．また，Drg = 30 %のケースでは②～④番の間で，Drg = 0 %のケースでは②～⑦番の間で排出量の大小関係を比較すると，QK 単層>二層>QDL 単層という結果になった．図-7

図-9において，単層のみの結果に着目すると，QK の排出量の有効侵食率と平均流量の関係

方が大きくなっていることから，QK の方が QDL に比べら 5)の研究を参考にし，透過散乱光測定方式の濁度計（笠て排出されやすいことが分かった．二層の通水結果につ原理化工業株式会社製濁度計 TR-55）を使用した．

いて着目すると，Drg = 30 %のケースの方が，土粒子の排出量が大きくなっていることが分かる．そして，同じ骨格相対密度でも上層部が QK，下層部が QDL の通水結果

図-8 に着目すると，①～⑤番にかけて，濁度は，QK 単層>二層>QDL 単層という大小関係になり，図-6 の土粒
子の排出量と通水時間の関係と類似した傾向になった．

の方が，土粒子の排出量が大きくなった．これについて
は，カオリンの方が，DL クレーに比べて粒径が総じて小さく，塑性指数が高いこと 7)から，間隙内での流動性が3.5 土粒子の有効侵食率と平均流量の関係
図-9 に“有効侵食率”（=排出土砂の乾燥質量/供試体内

高く，上層にあったとしても，下の土層を通過しやすかの流出可能な土粒子の乾燥質量）と排水の平均流量の関ったのではないかと考えられる．そのため，最終的な排係を示す．細粒分であるカオリンと DL クレーについて

出量は，上層が QDL，下層が QK の通水ケースよりも大きくなったと考えられる．また，最終的な累加排出量の大小関係をみると，Drg = 30 %と60 %の双方で，QK 単層>UQK+LQDL>UQDL+LQK>QDL 単層という結果になった．

は 425 µm メッシュを全通可能としており，ホスト珪砂についても 425 µm 以下の土粒子については流出可能とした．そのため今回の通水実験において，いずれの通水ケースでも流出可能な土粒子の割合は供試体全体の24.2 %となっている．流出可能な土粒子の乾燥質量については，Drg = 30 %では 594 g，Drg = 60 %では 636 g とな

3.4 排水の濁度の時間変化っている．本研究では各通水ケースでの平均流量と排出

図-8 に濁度の時間変化を同じ骨格相対密度の条件ごされた土砂の割合についてまとめた．同じ土層の配置のとに分けて示している．濁度測定の手法については石丸条件でも，平均流量が下がると有効侵食率も下がる傾向－ 20 －

カラム通水実験における単層および二層地盤の細粒分排出挙動(a) Drg = 30 %の結果

(b) Drg = 60 %の結果
図-10

図-11

濁度と濃度の関係（a）同一濁度濃度比の定義および（b）排水濃度が濁度計の測定範囲を超えた時のRt と換算濁度 Tbcalにあることがみられた．また，QK と QDL では QK の方

して懸濁液を作製した．なお，細粒分の基準線と同様に，が有効侵食率は大きくなり，二層の通水結果における有こちらも濃度の異なる複数の懸濁液を用意し基準線を引

効侵食率の値は QK と QDL の間に入ることが分かった．

いた．図-10 に着目すると，いずれのケースも QK と QDL

さらに，二層の結果でも，UQK+LQDL のケースの方が，の基準線を上回っていることが分かる．透過散乱光測定

有効侵食率が大きくなった．

方式の濁度測定においては，単位体積中の懸濁物の粒子
比表面積が大きいほど，散乱強度が大きくなるという特3.6 濁度と濃度の関係

徴があり，同じ濃度の懸濁液でも，懸濁物の粒径が小さ

図-10 に濁度と濃度の関係を示す．通水開始直後の高いほど濁度は高く測定されることが知られている 8)．つ

濁度・高濃度の排水ほどグラフの右上にプロットされる．

まり，全ての通水ケースで排出された土粒子の粒径は基中には，Case1 や Case5 のように回収容器①番よりも②準線を上回っていることから，浸透の過程では流出可能

番の方が濁度・濃度ともに値が大きくなるケースもあっな土粒子の中でも特に粒径の小さい土粒子が排出される

た．また，図中には基準線を設けた．基準線は大きく分と考えられる．なお，流出した土粒子の粒度組成についけて 2 タイプであり，1 つ目が本研究で使用した細粒分ては，粒度試験の沈降分析に必要な量を確保できなかっであるカオリンと DL クレーをそれぞれ水に溶かして懸たため，正確な粒度組成までは把握できなかった．

濁液を作製し，その懸濁液の濁度を測定して基準線を作

各通水ケースでの違いをみる．まず，単層のみの通水製した．直線を引くために細粒分の懸濁液に関しては濃結果に着目すると，基準線と同様に，QK 単層の通水ケー度の異なる複数の懸濁液を用意し，濁度の測定を行った．

スの方が，QDL 単層の通水ケースに比べ同一濃度でより2 つ目が QK と QDL の 425 µm 以下の土粒子を抽出して，高い濁度の値が計測された．これについてはカオリンの

それを水に溶かして懸濁液を作製し，細粒分の基準線と粒径が DL クレーに比べて小さいことが影響していると同様に濁度を測定して基準線を設けた．425 µm 以下の土考えられる．また，二層のみの通水結果に着目すると，粒子の抽出方法は，QK と QDL の乾燥試料を 425 µm ふCase5, 7（上層部が QDL，下層部が QK）の通水ケースのるいでふるい分けして，通過した分を回収し，水に溶か方が，それとは逆の Case6, 8（上層部が QK，下層部が－ 21 －

髙野・鈴木・石丸・小森(a) Drg = 30 %の結果
図-12

同一濃度濁度比の時間変化(b) ��� �  の結果

QDL）の通水ケースよりも，同一濃度でより高い濁度のの測定データが原点と希釈後の測定データを結ぶ直線上

値が計測された．下層部が QK の通水ケースの方が濁度にプロットされると仮定すると，Rt は希釈前で変化しなの値が大きくなったことから，排水の濁度はカラム通水

いことから，その仮定のもと，希釈しない場合も希釈し容器の排出口に近い下層部の土の種類によって大きく変た場合も Rt は同様に扱うこととした．また，希釈したわることが分かった．比較的高い濁度の値が計測された

場合，希釈後の結果から希釈前の濁度 Tbcal を次式より

QK 単層と，上層部が QDL，下層部が QK の通水ケース推定した．

を比較すると，QK 単層の方が濁度の値が高くなった．それに対して，QDL 単層と，上層部が QK，下層部が QDL

Tbcal =の通水ケースでは，濁度の値に大きな差は生じなかった．

Tbact
× Cb
Ca

(7)

骨格間隙比の違いの影響について着目すると，骨格間隙比の違いが濁度と濃度の傾きに大きく影響しないことがここで，����� は希釈後の濁度，�� は希釈後の濃度，��

分かった．しかし，同じ土層の配置でもDrg = 30 %の方がは希釈前の濃度である．図-12 に Rt の時間変化を示す．

濁度の値が高くなったことから，土中の間隙の大きさはRt の算出に使用した基準線は，ここに，QK 単層と下層

濁度の値に影響することが分かった．このことについて部が QK の二層の �� の算出には QK の基準線を，QDL

は，間隙が大きい通水ケースの方が流量も大きくなり，

単層と下層部が QDL の二層の Rt の算出には QDL の基細粒分が抜けやすくなった結果，Drg = 30 %の通水ケース

準線を採用した．図-12 をみると，全ての通水ケースでの方が濁度の値が高くなったと考えられる．

Rt > 1 になっていることから，実際に排出された土粒子の粒度組成は，流出可能な 425 µm 以下の土粒子の中でもより小さい粒径の細粒分が排出されたと考えられる．ま3.7 同一濃度濁度比の時間変化
図-11 において，ある懸濁液中の土の粒度組成と基準

た，Drg = 30 %と60 %の双方で，QDL 単層と下層部が QDL

試料の粒度組成を比較するために，濃度と濁度の関係での二層の Rt が比較的大きいことから，土試料の作製に導入した同一濃度濁度比 �� を説明する．近似直線を基使用した細粒分の粒径が比較的大きいほど，通水にて，準線とし，ある懸濁液 A の濃度と濁度の関係がプロットより小さい粒径の土粒子が排出されると考えられる．さされているとき，同一濃度のときの基準線上の濁度に対らに，骨格相対密度の違いについて着目すると，同じ土する懸濁液 A の濁度の比を“同一濃度濁度比 Rt ”と定義

層の配置ではDrg = 0 %の方が Rt の最大値が高くなっする．本研究では，通水実験時に排出される排水の濁度測定結果から Rt を求め，粒度組成の推定を行った．
Rt = 1を基準とし，排水の Rt の値が高いほど，排水中にたことから，より密な供試体ほど，流出可能な土粒子の内，特に粒径の小さい土粒子のみが排出されやすくなると考えられる．

は細かい土粒子が多く存在していると考えられる．また，次に，各ケースにおける同一濃度濁度比の最大値に着実験過程において，濁度計の測定限界値（1,100 度）を超目し，最大値の大小関係と最大値が現れるタイミングにえる濃度の高い懸濁液を扱う場合があった．そうした場

ついて検討した．Drg = 30 %とDrg = 0 %の両方の条件で，合，懸濁液を希釈した状態で濁度測定を行った．1 回の加水量は懸濁液の色味から判断し，今回の一連の実験では希釈後の水の容積は最大で 1.8 L 程度だった．希釈前

Rtの 最 大 値 の 大 小 関 係 は ， QDL 単 層 >UQK ＋

LQDL>UQDL+LQK>QK 単層となった．また，�� の最大値が現れる タイ ミングに つい ては， QDL 単層→ UQK＋

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カラム通水実験における単層および二層地盤の細粒分排出挙動
LQDL→UQDL＋LQK→QK 単層の順番になった．このこ同様に，二つの単層地盤の結果に挟まれるような関とから，図-5 の排水の流量の時間変化や，図-8 の排水の係にあることが分かった．

濁度の時間変化などと同様に，Rt の大小関係や最大値が現われるタイミングについても，二層地盤の結果は単層地盤の間に来ることが分かった．

以上の結果から，本研究における単層地盤と二層地盤の細粒分の排出挙動として，二層地盤の通水ケースにおける土粒子の排出量や排水の濁度は，二層地盤を構成している 2 種類の土それぞれの単層の通水実験で得られた

4．結論

排出量や濁度値の間に来ることが分かった．また，二層地盤のみの結果に着目すると，上下の土層の入れ替えは本研究では，円筒型カラム通水容器内に，単層または排水の流量に影響しなくても，土粒子そのものが関連す

二層の地盤を再現し，それぞれの試験条件に伴う細粒分る排出量や濁度などのパラメータに影響を与えることがの排出挙動について検討した．本研究で得られた結論を分かった．

以下に示す．

本研究では，いずれの通水ケースでも細粒分含有率は(1) 排水の流量の時間変化は，骨格相対密度の違いによ

5 ％と定めていた．その他にも動水勾配についても一定って大きく異なることが分かった．しかし，二層の通とした．カラム通水装置の上部タンクの高さを変動させ，水ケースのみに着目すると，上下の土層を互いに入動水勾配を変化させれば排出挙動が変わる可能性がある．

れ替えても流量に大きな差は生じなかった．

今後は，供試体の細粒分含有率と動水勾配の影響につい(2) 土粒子の排出量は，通水開始直後に流出可能な土粒て検討していく所存である．

子の大半が流出することが分かった．途中の回収容器番号②番から④番もしくは⑦番にかけては，土粒

参考文献

子の排出量の大小関係は，QK 単層>二層>QDL 単層

1)

Sato，M.，Kuwano，R.: Laboratory testing for evaluationになり，最終的な累加排出量の大小関係については，of the influence of a small degree of internal erosion on

QK 単層>UQK+LQDL>UQDL+LQK> QDL 単層という

deformation and stiffness，Soils and Foundations，Vol.58，

結果になった．

No.3，pp.547-562，2018.

(3) 濁度の時間変化は，土粒子の排出量の時間変化と類

2)

Ke，L.，Takahashi，A.: Triaxial erosion test for evaluationof mechanical consequences of internal erosion ，似する傾向があり，回収容器①番～⑤番にかけては，

Geotechnical Testing Journal，Vol.37，No.2，pp.347-364，

QK 単層>二層>QDL 単層という結果になった．

2014.

(4) 有効侵食率は，最大でも 0.73 %であったことから，
実際に流出する細粒分の量は流出可能な土粒子に対3)Prasomsri，J.，Takahashi，A.: The role of fines on internal

して非常に小さく，骨格相対密度の影響などを受け

instability and its impact on undrained mechanicalて排水の流量が下がると有効侵食率も低下すること

response of gap-graded soils，Soils and Foundations，
Vol.60，No.6，pp.1468-1488，2020.

が分かった．有効侵食率の大小関係は土粒子の排出4)

量と通水時間の関係と類似した．

Mechanisms and Risk Assessment，p.476，2016.

(5) 濁度と濃度の関係において，排水中の土粒子は流出可能な粒径の中でも特に粒径の小さいもので構成さ

Zhang，L.，Peng，M.，Chang，D.，Xu，Y.，：Dam Failure5)

石丸太一，鈴木素之，髙野翔太：濁度を利用した細れている可能性あることが示された．また，QK 単層

粒分流出実験における移動土粒子の粒度組成とそもしくは下層部が QK の二層の通水ケースが同一濃の時間変化，地盤工学ジャーナル，Vol.17，No.1，

度でより高い濁度値が計測され，濁度の値は排出口pp.47-60，2022.

に近い下層部の土の種類に影響を受けることが分か

6)

大嶺聖，落合英俊：土構造に着目した混合土の一次元圧縮特性，土木学会論文集，No.457，III-21，pp.127-

った．さらに，骨格相対密度の違いは濁度と濃度のそ

136，1992.

れぞれの最大値に影響することが示唆された．
(6) 同一濃度濁度比の変化については，QDL 単層および

7)

横瀬広司，吉良八郎：粘性土と粗粒度の混合材料の下層部が QDL の二層のケースの方が，同一濃度濁度

工学的特性について，香川大学農学部学術報告報告

比が高くなる傾向にあることが分かった．さらに，骨書，第 17 巻，第 2 号，p.158，1966.

格間隙比の違いによって同一濃度濁度比の最大値が8)

横山勝英：濁度計の粒径依存特性と現地使用方法に変わることが示され，より密な供試体の条件では最関する考察，土木学会論文集，No.698，II-58，pp.93-

大値が大きくなった．また，同じ骨格相対密度の条件

98，2002.

下では，二層地盤の濁度の時間変化の仕方や同一濃度濁度比の大小関係については，土粒子の排出量と－ 23 －(2022 年 6 月 13 日

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