間隙率と間隙比について

学校の運動場は、最近はアスファルトのところもあるようですが、ほとんどは表面は土になっています。

この土ですが、よく締め固めされているので固くてなにも隙間がないように思えます。
でも、こんなにもしっかりとした地面でも、雨がふったり地震が来たりするとぬかるんで長靴のあとがついたり、ひび割れを生じたりします。
これが斜面の土なら、土砂くずれや山くずれを起こしてしまいます。
これは、土がつぶつぶの集まりであることが大きく関係しています。
固く詰まって、隙間などないように見える土であっても、実は内部にかなりの量の隙間があります。
これを「土の間隙(かんげき)」と言い、間隙の大きさが変化することによって土が変形したり流動したりします。
土の粒自体は石英を主体とした堅い鉱物で出来ていることが多く、十分な強さを持っているのですが、粒と粒との間隙がいたずらをして粒の集合体である地盤の変形が起こるわけです。
このように、土の中にある間隙は大変重要な意味を持っています。

私たちが、この間隙を数値として使う場合に、間隙率と間隙比があります。
何か、似ているようで解りづらいのですが、間隙率は、土の全体積に占める間隙の体積と定義され、間隙比は、土粒子の体積に対する間隙の体積と定義しているようです。
この使い分けですが、私たちは、地盤の沈下の計算によく使っているので間隙比の方が身近ですが、これは工学分野です。
地盤の沈下の計算に間隙率を使ったとして、間隙の体積が小さくなったときに分子も分母も変化してしまうので使いづらいことになります。
農学分野では間隙率を使うそうです。
農学分野では、土壌が保持している水分の量が問題となります。
つまり土壌水の量ですが、土壌水は間隙にしか存在できません。
そのため、どのくらい間隙があるのかが必要となるわけで、その際には、その圃場の全体積について、どのくらいの間隙があるかわかる方が便利となります。
これは、圃場の全体積は簡単に計算できるからだそうです。
これを間隙比で考えると、圃場に存在する土粒子の量がわからないといけないので、その場合には、土粒子密度を測らないとわからないということになります。
また、間隙率は、容積のわかっている容器を使うと簡単に測定できます。
したがって、農学分野では間隙率を使うことが多いそうです。

土を構成する各相の体積を、それぞれVs(固相)、Vg(気相)およびVw(液相)とすると、間隙部分の体積はVv=Vg+Vw であり、土の前体積はV=Vv+Vsで表わされます。
そして、先に述べたように、土の間隙の状態を量的に表わすのに、土の全体積に対する間隙体積の比を間隙率n(%)、固相の体積に対する間隙体積の比が間隙比eになります。
計算式として、
①間隙率n=Vv÷V
②間隙比e=Vv÷Vs
となります。
参考までに、砂の間隙比e=0.6~1.1程度粘土の間隙比e=1.5~3.0程度になります。

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