'06/11/8
砂のはなし 目次
吉見 吉昭

新潟市の沖積砂

 は岩石が物理的風化作用によって砕けたもので,石英などの化学的に安定した硬い鉱物が主体になっています。ふつうの細砂は,写真の新潟砂(平均粒径=約0.3 mm)のように多かれ少なかれ角張っていますが,火山噴出物の一種である“シラス”は,ガラスのような物質で非常に角張っています。逆にオッタワ砂,ジルコン砂のように非常に丸い砂がありますが,これは例外と言えるでしょう。材料としての砂は,昔から砂時計・鋳型などに使われてきましたが,近年はモルタルやコンクリートの主要材料となっています。砂の性質は,乾燥しているか,湿っているか,または完全に水で飽和しているかによって大きく変わります。

乾いた砂
 周りから押しつける力(有効応力)が小さいとサラサラしているので,砂時計の砂や砂漠表面の砂のように自由に流れます。砂を漏斗から落とすと,砂時計の下部のように円錐ができますが,その傾きは重力と摩擦抵抗がつり合った値となります。逆に,強く押しつけるとジャリジャリして摩擦が大きいことが分りますが,それを利用して,機関車の動輪の滑り止めとして使われることもあります。ゴルフ場のバンカーの乾いた砂は,摩擦によってクラブのエネルギーを多く消費します。

湿った砂
 海水浴場で砂団子を作った経験は誰にもあると思います。濡れた砂をゆすって水気を切ってから,乾いた砂を振りかけながら,なおもゆすっていると,かなりの堅さをもつようになります。それは,ゆすることによって密度が上がり,表面にメニスカスが張ることによって,水の表面張力が砂粒同士を引きつけるために,摩擦抵抗が発生することに起因します。水際の湿った砂浜では,表面張力によって自動車が走れるくらいの堅い状態が保たれることがあります。

完全に水で飽和した砂
 水底または地下水面下の砂がこれに該当しますが,静水状態では,浮力の影響を受ける以外では乾いた砂と同様な挙動をします。しかし,水が流れると,その方向に水の粘性による“浸透水力”が作用するために,乾いた砂とは全く違うことが起ります。水が真上に流れると,浸透水力が重力の影響を打ち消すために,粒子を押しつけ合う力が減り,それに伴って摩擦抵抗が減るために弱く(軟らかく)なります。極端な場合に摩擦抵抗がゼロになることが“ボイリング”または“クイックサンド”に相当します。地震による液状化は,振動が砂の隙間を小さくして水圧を大きくすることによって発生し,上向きの浸透によってその後しばらく持続する現象です。また,斜面に沿って流れ落ちる浸透水は,斜面を引きずり下げようとしますので,傾斜角が大きくなるのと同様な効果があるため,崩壊の原因となることがあります。

鳴き砂の特徴

 その上を歩くと「キュッキュッ」という音がする砂は“鳴き砂”と呼ばれていますが,きれいなことが条件なので,海岸汚染の進行とともに減ってきているようです。この砂は主として石英から成っているようですが,他の砂と比較すると,粒形が丸い,最大密度と最小密度の差が小さい等の特徴が認められています。(加登文学・森尾敏・中西貴紀:土粒子形状と間隙比に着目した飽和砂の非排水単純せん断特性,第
12回日本地震工学シンポジウム論文集,2006


参考資料

地盤と建築基礎