アッテルベルク限界の測定
塑性限界、液性限界、および収縮限界の測定試験について説明する。これらは土質力学において最も重要である。これらの試験はいずれも、攪乱した結合土試料に対して行う。
液性限界試験
この試験では、自然含水状態の土を約200採取し、直径0,5 mmを超える粒は試験結果の精度を損なうため除く。試料は乾燥機で乾燥させてはならず、直ちに蒸留水を入れた磁器製カップに入れ、十分に湿潤するまで数時間そのままにしておく。塑性指数 IP < 20 のロームでは湿潤に約4時間、IP > 20 の粘土では18時間かかる。その後、湿潤した試料をガラス板に移し、実験用ナイフで十分に混ぜて、均一な組成の濃いペースト状にする。0,5 mmより大きい粒子が認められた場合は、混合時に除去する。
このように準備した試料を、液性限界を測定するカサグランデ装置（図 1）の真鍮製カップに移し入れる。これは当研究所ではカサグランデ振とう器と呼ばれている。
図 1。降伏点測定用カサグランデ装置
この装置は、特別な接続部によって装置に取り付けられる真鍮製の小鉢、上部に偏心部と回転用ハンドルを備えた硬質ゴム製の弾性台座から成り、偏心部は 1 cm の高さまで持ち上がる。その結果、小鉢が落下して台座に衝突する（図 1a）。装置の寸法は規格化されている。さらに、正確に定められた寸法の成形刃もある（図 1b）。
移した試料を真鍮製の皿にナイフでならし、試料表面が完全に平らになり、また試料が皿の前半分よりやや多くを覆うようにし、そのとき皿底の最も低い点からの高さが約12 mmになるようにする。次に皿を装置に取り付け、成形ナイフで中央に溝を切り、その溝が完全に直線で、かつ真鍮の皿底が見えるようにする。これは、ナイフを皿底に対して垂直に注意深く引くことで達成される。溝の長さは約40 mmでなければならない。直ちに装置のハンドルを毎秒2回転の速度で回し、その際に皿が台座に当たる打撃回数を数え、また、皿の打撃によって狭くなる溝を観察する。これは、切断された試料部分が動いて結合しようとするためである。ハンドルの回転は、溝が10 mmの長さにわたって閉じるまで続ける。これが達成されたら、それ以上ハンドルを回すのをやめ、直ちにナイフで、閉じた溝の両側の部分から約2 cm3の試料を取り出し、時計皿に入れて土の含水率を測定する。
この試験は同じ方法で 3-4 回繰り返すが、そのたびに含水状態を変える。まず試料を少量の水で混ぜ、その後、残りの試験のために水を加えることによってこれを行う。各試験が終わるたびに、試料をガラス板の上に移し、少量の水を加えてよく混ぜ、毎回やや緩い均一なペースト状の塊を得る。
試験を行うために調製したペーストは、あまり粘度が高すぎても、また低すぎてもならない。なぜなら、液性限界からあまりにも離れた土の консистenciya 状態では、この試験に必要な精度が得られないからである。通常、打撃回数が 10 未満、または 50 を超える場合は試験失敗とみなされるが、この範囲が 10-40 打撃であれば、試験精度がより良いと考えられている。
なお、ある方法では、ハンドルの回転が終わって溝が長さ 1 cm で合流するたびに、真鍮の皿の試料をすぐにナイフで混ぜ、皿内の試料表面を再び平らにしてから新しい溝を切り、次に装置のハンドルを回す。この操作を、長さ 1 cm の溝が合流する際に同じ打撃回数が3回連続して得られるまで繰り返し、その回数を降伏限界の決定における以後の手順に採用する。試験結果は、半対数目盛の図表（図 2）に記入する。横軸には打撃回数を対数目盛で、縦軸には試料の乾燥重量に対する水分量を算術目盛でとる。各試験では水分量 w が異なるため、A、B、C、D の点が得られ、これらは異なる打撃回数に対応する。水分量が多いほど打撃回数は少なく、その逆も同様である。これらの点を結ぶと傾いた直線が得られ、その上で 25 回の打撃に対する点 M を求める。この点に対応する水分量を液性限界 wL とする。
図 2。 降伏点の決定
塑性限界の決定
上記の方法で作製したが、含水量を少なくして、塑性体がほぼ粘塑性状態になるようにした土試料を、約 2-3 cm3 の球にまとめ、次に普通紙または吸取紙の上で手のひらで転がして、直径 3 mm の棒状にする。試料がその太さまで破断せずに転がせるなら、再び球にまとめて同じ方法で転がす。この操作を、直径 3 mm で棒が折れ始めるまで繰り返す。次に、折れた棒を時計皿に入れ、水分量を求める。この水分量を試料の乾燥重量に対する百分率で表したものが、塑性限界 wP に相当する。
収縮限界の測定
図 3。収縮境界の決定
土試料は、液性限界試験 で説明した方法に従って蒸留水と混合し、すべての間隙が水で飽和したときに、その консistenciya が液性限界付近になるようにする。次に球状にし、まず空気中で乾燥させ、その後、105°C の乾燥炉に入れる。この段階的な乾燥は、乾燥後の試料にひび割れが生じて試験を妨げるのを避けるために必要である。最初に試料の重量 W1 を測定し、さらに水銀への浸漬試験によってその体積 V1 を求め、その後は空気中で、続いて乾燥炉でさらに乾燥させ、途中で試料を取り出してデシケーターで冷却し、重量 W2、W3、W4 など、および体積 V2、V3、V4 などを測定する。このようにして、ある含水状態では、試料の重量は乾燥によりなお減少し続けるにもかかわらず、体積の減少は止まることが確認される。試料が初期状態で水で飽和している、すなわち間隙中に空気を含まない場合、収縮限界までの乾燥による水分損失は、ほぼ試料体積の減少に対応する。その後も体積を測定せずに乾燥を続け、試料が完全に乾燥する、すなわち重量が一定になるまで行う。次に、各体積測定および重量測定ごとに試料の乾燥重量に対する含水量を百分率で求め、試験結果を図表（図 3）にプロットする。このようにして A、B、C、D、E の点が得られ、それらを結ぶと、通常、収縮限界の領域で鋭い折れをもつ線が得られる。折点 S では、収縮限界 W_S に対応する含水率 w が得られる。
毛細管性の測定
水の毛管上昇高さの試験は、毛管上昇高さを直接測定する方法と、毛管計を用いる間接測定法の2通りで行う。
直接測定による毛管高さの試験
乱された試料から土を約 300 ポンド取り、105°C で乾燥させた後、冷却してから粒を砕かずにきわめて細かい粉末にする。得られた粉末を、直径 ø 25 mm、長さ 1,5 - 2,5 m の、両端開放のガラス管に入れる。このとき、下端はあらかじめガラス綿または布片で塞いでおく。開放された上端から、乾燥した粉末を約 10 cm の高さまで入れ、その後、管を持ち上げて木の床または他の弾性的支持体に衝撃を与えながら落下させ、管内で粉末の沈下が見られるまで続ける。粉末の沈下の確認は、管に油性チョークで線を引いて行う。その後さらに 10 cm の粉末を入れ、同じ手順を、調べる土試料の毛管性を有する圧密された乾燥粉末で管が満たされるまで繰り返す。次に管の底部を、流れのない蒸留水を入れたガラス容器に浸す。ただし、管の下端は容器の底に触れてはならない（図 4）。ガラス管は、管と目盛りの両方が鉛直になるように、木片で目盛りに固定する。その後、管内の水の上昇を観察する。これは色で明確に識別できる。乾燥試料は淡色で、湿潤すると濃色になる。容器内の水位と湿潤試料の上端との間の距離が、毛管上昇高 hk を表す。
図 4。直接測定による水の毛管上昇高さの測定
観測は原則として 1、2、4、8、16、32、64 などの時間後に行う。観測結果は図表に記入し、その横軸は時間（時）、縦軸は水の毛管上昇高さ（mm）とする（図 5）。
砂質材料では、毛管上昇は初めは急速で、その後は遅くなり、最終到達高さにも早く達する。粘土質材料では、毛管上昇は初めは遅いが、より長く続き、はるかに高い高さに達する。
この毛管高さの求め方は、特に粘土質土では時間がかかる。さらに、毛管上昇の高さは気温および湿度にも左右されるため、これらの要因はできるだけ一定に保つ必要がある。
図 5。土中における水の毛管上昇の図、a-砂; b-シルト; c-粘土質土
キャピラリメーターによる毛管上昇の測定試験
ベスコフ、ユルゲンソン、エンゲルハルトの各キャピラリメーターなど、さまざまな構造のキャピラリメーターがある。ここでは、最も広く用いられているベスコフ式キャピラリメーターの作動原理を説明する。
この試験は、乱さない試料または乱した試料に対して行う。試料が乱されている場合は、液性限界の状態で装置に投入する。
図 6. Beskow のキャピラリメーター
Beskow の毛管計は、下部で互いに補強ゴムホースによって接続された2つの容器（図 6）から成る。容器 1 にはろ過底の上に土試料を入れ、その下の容器には蒸留水と水銀が部分的に満たされており、水銀は下部でゴムホース全体と容器 2 の下部を満たすようになっている。試験開始時には、両容器内の水銀面は同じ高さである。次に容器 2 を下方に下げ、これにより容器 1 のろ過底の下に負圧が生じる。この負圧が試料中の毛管力より大きくなると、空気が試料を通ってろ過底へ侵入し、その直後、容器 2 を下げることによって両容器の水銀面は等しくなる。負圧と毛管力がつり合った瞬間、すなわち空気が試料中へ侵入し始める直前における一方と他方の容器の水銀面の差 Hg を水頭に換算し、さらに試料下の水頭 h を加えたものが毛管上昇高 hk を与える。水銀は水の 13,6 倍重いので、毛管上昇高 hk は:
hk = 13,6 Hg + h
土の透水性の決定
土の透水性を求める実験は、_透水計_と呼ばれる特別な装置を用いて行う。透水計にはさまざまな構造があるが、これらは二つの समूहに分けることができる。すなわち、粗粒土に用いる 定水頭透水計 と、細粒土に用いる 低下水頭透水計 である。いずれの場合も、試験は乱されていない試料で行う。
実験室試験により、土の透水係数が求められます。その値は一定の温度で表されます。これは、温度によって水の粘性が異なり、それが透水係数_k_の値に影響するためです。通常は温度_t_ =10°Cにおける係数_k_で表します。したがって、もし10°Cで、係数_k_を求める際の水温が_T_で_t_ = 10°Cと異なっていた場合、その値は次式により換算されます：
k10oC = ηt /η10oC * kT
ここで ηt および η10oC は、使用温度 T における水の粘度、または採用温度 t =10°C における水の粘度を表す。
kT は、作業温度 T における土壌透過係数の得られた値である。
さまざまな温度Tに対する粘度値は、表1に示す。
一定水圧試験
図 7。 一定水圧式浸透計
この試験では、直径 D、高さ h の金属シリンダーに入れた、乱さない土試料を、下端を鋭くして、地盤またはより大きな乱さない試料に押し込んで採取する。試料の上下面をシリンダーの縁に合わせて平らにした後、シリンダー内の試料を装置（図 7）の上下フィルターの間に置く。下側フィルターは、試料を通る水の流れを可能にし、土粒子の洗い流しを防ぐため、密なふるいとフィルターストーンから成る。上側フィルターは、粒子が洗い流される可能性が小さいため、ふるいを持たない。試料への給水は水位 N から行われ、オーバーフローによって一定に保たれるので、静水圧 H は一定である。この圧力のもとで水は厚さ h の試料を通過し、装置上部に接続された管によってガラス製メスシリンダー M に達し、そこに滴下する。
試料を通ってメスシリンダーへ水が流れ始めたら、ストップウォッチを作動させ、時間 t の間にメスシリンダーに流入する水量 q を観測する。ダルシーの法則によれば
q = k*A*t*i
ここで、k は cm/sec の透水係数、A は試料断面積、i は水頭勾配、i = H/h である。
上の式から、k= qh/Ath [cm/sec] である。
試料を通過した水量は、観察開始から終了までの各時間区間ごとに読み取り、試料を通過した個別量および総量を得る。
試験結果を誤らせるおそれのある試料および水中の気泡を排除するため、試験前に試料を飽和状態にしておくとともに、試験には沸騰させた水、少なくとも汲み置きの水を使用する必要があります。
前述の、水位差 H による静水圧を利用した装置の代わりに、圧縮機によって一定に保たれる、10 から 15 kp/cm2 の空気圧で静水圧を生じさせる装置もある。