'07/10/29
砂 の 密 度 目次
吉見 吉昭

 砂地盤は密度が高いほど強さや堅さが大きくなることは直感的に理解できますが,密度の絶対値の意味は粒度分布や粒形によって異なりますので,より一般性のある“相対密度(密度指数)”が間隙比(間隙の体積÷土粒子の体積)に関してつぎのように定義されています。

 最大・最小間隙比は,それぞれ決められた試験法によって,完全に乾燥した状態で最もゆるく詰めたときの最大値,および粒子が壊れない範囲で最も密に詰めたときの最小値です。当然ですが,間隙比=最大間隙比のとき相対密度はゼロ,間隙比=最小間隙比のとき相対密度は100%になります。相対密度は,人工的に詰めた試料については便利な指標ですが,原位置の砂については,原位置での間隙比が必要なので,真に乱さない試料を採取しなければなりません。

a b c
等径丸棒の配列パターン

等径球の規則的配列の最大・最小間隙比

 剛な等径の球を規則的に積み重ねたとき,中心を結ぶ線が正四面体になると間隙比は最小値の0.35となり,立方体になると間隙比は最大値の0.91となります。図示しやすいという理由で二次元モデルとして丸棒の配列を示すとそれぞれ図の a,b のようになります。代表的な細砂の一つである新潟砂の最大・最小間隙比はそれぞれ1.0,0.6程度ですから,最小間隙比は等径の球よりかなり大きいようです。

密度による分類 代表的密度
(g/cm3
乾燥状態 飽和状態
非常にゆるい砂 1.3 1.8
ゆるい砂 1.4 1.9
密な砂 1.6 2.0

いろいろな密度の砂地盤

 
砂の密度と液状化の関係については“液状化と砂の密度”で述べましたが,ここでは一般的なことについて書いてみます。下表に示す密度は,細粒土が含まれると小さくなります。

 非常にゆるい砂:やや濡れた砂をほぐすと,砂粒の間のメニスカスに作用する表面張力によって砂粒がくっつき合うために,図 c のように非常にゆるい状態にすることができますが,これをバルキングと言います。砂鉄を採取したあとに野積みされた砂が無造作に埋め戻されると,このような状態になることがあり,標準貫入試験のN値は1以下という,砂としては異常に低い値になることがあります。このような埋め戻し砂に水をかけると,メニスカスが壊れて密度が上がりますが,これを“水締め”と言います。

 ゆるい砂:河口デルタの砂のように水中で堆積した沖積砂は,表面張力が働きませんので,バルキング状態の砂のように極端にはゆるくはなりませんが,浮力を受けた状態で積もったので,それなりにゆるくなっています。相対密度は50〜60%程度のことが多いようです。

 密な砂:洪積層およびそれより古い地層のなかには,長年のうちに度々強震を経験したことなどによると思われますが,かなり密度が高い砂があります。