空隙率

固体と流体（気体と液体）の混合物、またはコンクリートなどの多孔質複合材料の空隙比（）は、流体で満たされた空隙の体積（ ）と全固体の体積（ ）の比です。これは材料科学および土壌科学における無次元量であり、多孔度（慣例により、 、 （単にnと表記されることもある）、またはεと表記されることが多い）と密接に関連しています。これは、空隙の体積（）と全体積（またはかさ体積）（）の比であり、以下のように表されます。 ${\displaystyle e}$ ${\displaystyle V_{V}}$ ${\displaystyle V_{S}}$ ${\displaystyle \phi }$ ${\displaystyle {\eta }}$ ${\displaystyle V_{V}}$ ${\displaystyle V_{T}}$

${\displaystyle e={\frac {V_{V}}{V_{S}}}={\frac {V_{V}}{V_{T}-V_{V}}}={\frac {\phi }{1-\phi }}}$

ここで、剛性で変形しない骨格構造を持つ理想的な多孔質媒体（すなわち、サンプルの水分含有量が変化しても総体積（）に変化がなく（サンプルが濡れても膨張もせず、サンプルが乾燥しても収縮も起こらない））の場合、理想的な多孔質材料の総体積（またはかさ体積）（ ）は、固体の体積（ ）と空隙の体積（ ）の合計です。 ${\displaystyle V_{T}}$ ${\displaystyle V_{T}}$ ${\displaystyle V_{S}}$ ${\displaystyle V_{V}}$

${\displaystyle V_{T}=V_{S}+V_{V}}$

（岩石や土壌では、固体粒子と間隙流体が明確に分離していることも想定されているため、層間空間に結合水を含むスメクタイト、モンモリロナイト、ベントナイトなどの膨潤性粘土鉱物はここでは考慮されません。）

そして

${\displaystyle \phi ={\frac {V_{V}}{V_{T}}}={\frac {V_{V}}{V_{S}+V_{V}}}={\frac {e}{1+e}}}$

ここで、 は空隙比、は多孔度、V _Vは空隙（気体および液体）の体積、V _Sは固体の体積、V _Tは総体積（またはかさ体積）です。この数値は、複合材料、鉱業（特に尾鉱の特性）、土壌科学において重要です。土質工学では、これは土壌の状態変数の一つと考えられており、記号 で表されます。^{[1] [2]}${\displaystyle e}$ ${\displaystyle \phi }$ ${\displaystyle e}$

なお、土質工学では、記号は通常、せん断抵抗角、つまりせん断強度（土）パラメータを表す。そのため、土壌科学および地盤工学では、これらの2つの式は通常、間隙率を用いて表される。^{[3] [4]}${\displaystyle \phi }$ ${\displaystyle {\eta }}$

${\displaystyle e={\frac {V_{V}}{V_{S}}}={\frac {V_{V}}{V_{T}-V_{V}}}={\frac {\eta }{1-{\eta }}}}$

そして

${\displaystyle {\eta }={\frac {V_{V}}{V_{T}}}={\frac {V_{V}}{V_{S}+V_{V}}}={\frac {e}{1+e}}}$

ここで、は空隙率、は多孔度、VV_は空隙（空気と水）の体積、VS_は固体の体積、VT_は総体積（またはかさ体積）である。^[5]${\displaystyle e}$ ${\displaystyle {\eta }}$

土壌科学および地質力学における応用

• 体積変化傾向の制御。空隙比が高い場合（緩い土壌）を想定する。荷重下では、土壌骨格内の空隙が減少（収縮）する傾向があり、隣接する粒子間の接触が増加し、土壌有効応力が変化する。反対の状況、つまり空隙比が比較的小さい場合（密な土壌）は、除荷時に土壌の体積が増加（膨張）しやすいことを示す。不飽和土壌中に存在するスメクタイト（モンモリロナイト、ベントナイト）の部分的に乾燥した粘土 粒子は、水と接触した後に水和して膨張する可能性がある（土壌中の飽和/不飽和状態が変動する場合）。
• 流体の透水性（土壌中の水の移動能力）の制御。緩い土壌は高い透水性を示し、密な土壌は透水性が低くなります。
• 粒子の移動。緩い土壌では、小さく結合していない粒子は大きな空隙を比較的速く通過できます。一方、密な土壌では、より細かい粒子は小さな空隙を自由に通過できず、空隙の閉塞につながります。

参照

• 土壌の空隙
• ボイド（複合材料）

参考文献

1. ラムベ、T.ウィリアム、ロバートV.ホイットマン著『土質力学』ワイリー社、1991年、29頁。ISBN 978-0-471-51192-2
2. サンタマリーナ、J. カルロス、キャサリン・A. クライン、モヘブ・A. ファム著『土壌と波：粒子状物質の挙動、特性評価、プロセスモニタリング』Wiley、2001年、35-36頁、51-53頁。ISBN 978-0-471-49058-6
3. Pearson, FJ (1999). 「泥岩の多孔度とは何か？ Aplin, AC, Fleet, AJ & Macquaker, JHS (編). 泥と泥岩：物理的特性と流動特性」地質学会誌、ロンドン、特別出版. 158 (1): 9– 21. doi :10.1144/GSL.SP.1999.158.01.02. ISSN  0305-8719.
4. Pearson, FJ; Fernández, AM; Gaboriau, H.; Waber, HN; Bath, A. (2003). 「付録10：モン・テリ粘土岩の多孔度と含水率。モン・テリ・プロジェクト – モン・テリ岩石研究所におけるオパリヌス粘土層の水の地球化学」 . 2024年6月9日閲覧。
5. クレイグ、R.F.クレイグの土質力学。ロンドン：スポン、2004年、18ページ。ISBN 0-203-49410-5。

さらに読む

• ベイツ, RL; ジャクソン, JA (1987-10-15).地質学用語集 第3版 – アメリカ地質学研究所, アレクサンドリア. Amazon.com: Books 9780913312896 . アメリカ地質学研究所. ISBN 0913312894。

外部リンク