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くらしの中の科学
親子で学ぶおもしろサイエンス
「土の中を探検してみよう」

東京電機大学理工学部公開講座
東京都地質調査業協会技術委員会

 このトピックスは、小学校4年生〜中学校3年生を対象とした「東京電機大学理工学部公開講座」の中で東京都地質調査業協会(関東地質調査業協会東京都支部)が平成9年10月11日に行った講座の内容をまとめたものです。

受付 講演

目 次

1. 土の全体の様子

1.1 台地と低地(東京電機大学鳩山校舎周辺の地形)
1.2 地盤のできかた(土を知る)
1.3 土を調べる
1.4 土の構成と構造

2. 土の中の不思議な実験

2.1 砂に対する実験
2.2 倒立振り子の実験
2.3 プリンとようかんの実験
2.4 建物基礎の実験
2.5 ボアホールテレビの実験

 それでは土の中を探検してみましょう。\(^.^)/

 探検に先立ち、土の全体をながめ、つぎに土の中の細かな様子を観察します。最後に、実験で土の中の不思議を探検します。

1. 土の全体の様子

1.1 台地と低地(東京電機大学周辺の地形)

 まず最初に、みなさんが住んでいる東京電機大学周辺(埼玉県鳩山町付近)の地形を見てみましょう。

地形図
東京電機大学(鳩山校舎)周辺の模式地形

 このような地形はどのような地層から構成されているのでしようか。

 普通、山地は非常に硬い岩石からなり、丘陵地はやや軟らかい岩である軟岩からなります。
 また、台地は締まっている土が、低地には軟らかい粘土やゆるい砂・砂れきが、堆積しています。

1.2 地盤のできかた(土を知る) 

 それでは本日のテーマである土は、どのようにして出来るのでしょうか。
・ 土は、私たちの身近にある岩石が風化して、風雨などの浸食作用や化学作用によってできます。
・ 土はまだ固まっていない堆積物であり、地球の表面に薄く分布します。
・ この様にして出来た土は運搬作用(風、川・海などによる水)よって運ばれます。

1.3 土を調べる

 地下には地表面に分布している土と同じものが、堆積しているのでしようか。
 がけ地などの地層の断面を観察するといろいろな土が分布していることがわかりますね。
 それでは、がけのない地下の土はどの様に調べるのでしょうか?

 地下の土を調べる方法は、地盤調査と言われています。
 地盤調査はまず最初に、地形図などにより山地、丘陵、台地、低地の地形分類を行い、おおよその地盤の様子を調べます。

 更に詳しく調べる地盤調査の代表的な調査方法がボーリング調査です。
 ボーリング調査の特徴は、地下の土や岩石を取って観察することにより地層の構成を明らかにすることです。
 また、ボーリング孔を利用していろいろな試験を行うこともできます。 

ボーリング装置 貫入試験

1.4 士の構成と構造

 それでは土の中に入って細かく観察しましよう。
 土は「土粒子(土の粒子)」と「水」と「空気」から出来ています。
 土の性質は、ひとつひとつの「土粒子」の大きさと「水」や「空気」の量、特に「水」の量で大きく変化します。

土の粒子の大きさ

 土を構成する土粒子は、その土粒子の粒の大きさによって次のように分類されます。


土粒子の粒径の区分とその呼び名(日本統一土質分類)

 それぞれの土の特徴は次のようになります。

・れき質土
 「れき」と砂が混合したもので河川の河原などにあります。
 れき質土は水の透水性(土の中を水が流れる速度)は高く、地盤の支持力(支える力)は大きい。

・砂(砂質土)
 砂粒子も眼で観察できる大きさであり、指先でつまんでこすってもザラザラしています。
 服に付いた砂ははたけばすぐに落ちます。砂質土も水の透水性は良く、地盤の支持力は比較的大きい。

・粘性土
 主に粘土、シルトなどの土粒子の細かい土です。
 服に付いた泥(粘性土)は乾燥させて、こするなどしなければなかなか落ちません。
 粘性土は乾燥するとかたくなりますが、水分を含むと軟らかくなります。
 また、粘性土の透水性は小さく、普通地盤の支持力は小さい。

土の含水量

土の性質はその中に含まれる水の多少によって、大きく変化します。砂場の砂でダンゴを作る場合、少し水を加えるとうまくダンゴができますね。
しかし、そのダンゴも乾燥してくるとボロボロに崩れてしまいます。
また、粘土でダンゴを作ると乾きにくいし、ネバネバしてよく手にくっつきますね。
なぜでしょう。

この原因は、土の中に含まれている水の表面張力です。

表面積と体積の割合

 土粒子の表面積は表のように、土粒子の大きさが小さくなるにつれて、体積に比べて極端に大きくなります砂より粘土の方が表面積の割合が大きくなり、粘土はなかな乾きません。
 粘土は砂に比べて、表面張力の働きが強いためです。
 普通、土の中に含まれる水分の量(含水比)によって土の強さは大きく異なります。

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