連続加圧方式による保水性試験の加圧方法が水分特性曲線に及ぼす影響
中部土質試験協同組合

はじめに土の保水性試験は，地盤の不飽和浸透特性を評価する重要な試験であるものの，高度な試験技術を要することや試験期間が非常に長いため，適切な時機に試験結果を提供できないという問題を抱えている。
このような問題に対し，畠山ら 1)は試験の簡便化および短期間化を目的として連続加圧方式による保水性試験

8060

土粒子の密度ρs = 2.710 g/cm3

均等係数

Uc = 20.6

平均粒径

D50 = 0.0186 mm

402000.0010.011.00.1

1050 100

粒径 ( mm )装置の開発および新たな試験方法を提案している。

粘土

本研究では，畠山らに倣い，連続加圧方式による保水図-1

シルト

細砂

中砂表-1

水分特性曲線に及ぼす影響について比較を行った。

供試体作製条件
供試体の状態（締固め度 Dc = 95 %）締固め特性従来の試験方法と連続加圧方式の違い
保水性試験における従来の加圧法（加圧板法）2)では，毛管飽和させた供試体に正の空気圧を負荷し，水分平衡

礫粗砂

DL クレーの物理特性と粒径加積曲線性試験の加圧速度と載荷方法を変えて試験を行うことで，

2.

聖子
卓紘亮太
章二

100

通過質量百分率 ( % )

1.

○石原伊吹
清水法安

最大乾燥密度ρdmax ( g/cm3 )1.484

設定乾燥密度ρd ( g/cm3 )

1.410

最適含水比
wopt ( % )21.9

設定含水比w(%)

21.5に達するまで排水量の計測を行う。一般的には，排水過程および吸水過程でそれぞれ 4 段階から 6 段階の異なる

4.

加圧速度と載荷方法空気圧を順次負荷することで水分特性曲線を求めるが，本研究では，加圧速度と載荷方法の違いが水分特性曲

水分平衡に達するまでの時間は 1 段階で数日要すること

線に及ぼす影響を調べることを目的としている。そこで，も多く，試験期間は長期に渡る。

加圧速度は 0.1kPa/min と 10.0kPa/min，載荷方法は所定の一方，本研究で用いた連続加圧方式では，供試体中心空気圧に到達した後にすぐに減圧過程に転じる三角載荷部に設置したマイクロテンシオメータで間隙水圧 uw をと，所定の空気圧に到達した後に圧力を保持する台形載計測しながら空気圧 ua を一定の速度で連続的に与える。

荷とし，計 4 種類の加圧方法によって試験を行った。加空気圧 ua と間隙水圧 uw の圧力差をサクション s と定義

圧方法の模式図を図-2 に示す。なお，負荷する空気圧のし，次式で算定する。

最大値は 200kPa とし，圧力保持時間は 24 時間とした。

uauw

(1)

これにより，水分平衡を待たずにサクション s が求められるため，試験期間の大幅な短縮を図ることができる。
3.

CASE-1 は加圧速度が 0.1kPa/min の三角載荷，CASE-2は加圧速度が 10.0kPa/min の三角載荷，CASE-3 は加圧速度 が 0.1kPa/min の 台 形 載 荷 ， CASE-4 は 加 圧 速 度 が10.0kPa/min の台形載荷である。
CASE-1

CASE-2

CASE-3

CASE-4

載荷方法

三角載荷

三角載荷

台形載荷

台形載荷

加圧速度
( kPa/min )

0.1

10.0

0.1

10.0

0 → 200→ 0(※)

0 → 200→ 0(※)

0 → 200(※)→ 0(※)

0 → 200(※)→ 0(※)※24時間保持※24時間保持※24時間保持※24時間保持試験試料と供試体作製条件
本研究では，DL クレーを用いて試験を行った。DL ク

レーの物理特性と粒径加積曲線を図-1 に示す。シルト分を 86.8 %有し，粘性がほとんどない非塑性の試料である。

負荷経路( kPa )供試体は，最適含水比近傍に含水比を調整した試料をCASE-2めによって作製した。供試体の作製条件を表-1 に示す。
作製した供試体の底面中心にマイクロテンシオメータ

CASE-4空気圧用いて，直径 5cm，高さ 5cm の試験容器に 3 層の締め固

CASE-1空気圧s

CASE-3を挿入するための孔をあけ，毛管飽和を 24 時間行った。
なお，供試体作製の際に用いた試験器具や作製手順の詳細は文献 1)を参照されたい。

経過時間

図-2経過時間

加圧方法の模式図

1005040305020010-50-10000204060時間 t (hour)

80100● 空気圧 ua (kPa)▲ 間隙水圧 uw (kPa)■ サクション s (kPa)◆ 含水比 w (%)（白抜きは減圧過程）

200150100

サクション s (kPa)AEV
s = 22.1 ( kPa )10010● 加圧過程○ 減圧過程305020010-50-10000204051015202510012010010● 加圧過程○ 減圧過程030

510

図-5250● 空気圧 ua (kPa)▲ 間隙水圧 uw (kPa)■ サクション s (kPa)◆ 含水比 w (%)（白抜きは減圧過程）

200
150
1006050403050200-50

10-1000123

空気圧 / 間隙水圧 / サクション (kPa)

各諸量の経時変化と水分特性曲線(CASE-1)

015202530

含水比 w (%)

含水比 (%)

図-3
空気圧 / 間隙水圧 / サクション (kPa)

6080時間 t (hour)AEV
s = 20.4 ( kPa )含水比 w (%)

各諸量の経時変化と水分特性曲線(CASE-3)250● 空気圧 ua (kPa)▲ 間隙水圧 uw (kPa)■ サクション s (kPa)◆ 含水比 w (%)（白抜きは減圧過程）

200
150
1006050
40305020010-50-100001020
時間 t (hour)

時間 t (hour)

30

40

1,000
サクション s (kPa)

AEVs = 24.8 ( kPa )100

10● 加圧過程○ 減圧過程AEVs = 23.3 ( kPa )100
サクション (kPa)

1,000
サクション s (kPa)40

含水比 (%)

010● 加圧過程○ 減圧過程1105101520250305図-6

各諸量の経時変化と水分特性曲線(CASE-2)

試験結果と考察1015202530

含水比 w (%)

含水比 w (%)

5.

50

11

図-4

60

1,000

1,000
サクション s (kPa)250

含水比 (%)

15060

空気圧 / 間隙水圧 / サクション (kPa)● 空気圧 ua (kPa)▲ 間隙水圧 uw (kPa)■ サクション s (kPa)◆ 含水比 w (%)（白抜きは減圧過程）

200

含水比 (%)

空気圧 / 間隙水圧 / サクション (kPa)

250

6.

各諸量の経時変化と水分特性曲線(CASE-4)

おわりに試験結果を図-3～図-6 に示す。各図の上部には空気圧・本研究では，加圧方法の違いが水分特性曲線に及ぼす間隙水圧・サクション・含水比の経時変化を表し，下部影響について，加圧速度と載荷方法の異なる 4 つの加圧には水分特性曲線と空気侵入値(AEV)を示した。

方法で試験を行った。その結果，加圧速度が 0.1kPa/min

加圧速度が等しく，載荷方法の異なる CASE-1 との場合は，載荷方法に関わらず類似した水分特性曲線がCASE-3 の水分特性曲線を比較すると，ほぼ同様の結果得られた。しかし，加圧速度が 10.0kPa/min の三角載荷でが得られていることが分かる。これは 0.1kPa/min の速度は，十分に排水が行えず，部分的な水分特性曲線しか得で加圧している間に十分な排水が行われるため，圧力保られなかった。また，10.0kPa/min の台形載荷においても，持時間の有無による差が少なかったものと考えられる。

急激な減圧が間隙水圧に影響を及ぼすことが分かった。

同様に CASE-2 と CASE-4 を比較すると，CASE-2 のサクションの値が小さいうちから減圧過程に転じており，«引用･参考文献»

排水が不十分であることが分かる。また，CASE-4 に着目

1)畠山 正則, 京野 修, 川原 孝洋：連続加圧方式によすると，減圧開始直後にサクションが急激に小さくなっる保水性試験装置の開発, 応用地質技術年報, No.34,ていることが分かる。これは空気圧が 200kPa から 0kPa

pp.23-54, 2015.

まで急激に減圧したことに対し，間隙水圧は大気圧との差分以上の負圧を計測できないためであると考えられる。

2)地盤工学会：地盤材料試験の方法と解説 -第一回改訂版-，pp.184-198, 2020.