本研究の目的は、降雨を誘因として発生する自然斜面での表層崩壊において、樹木根系が発揮する補強効果を実験的見地から解明することにある。そのために、

　(1)土壌水分変化に応じた土質強度特性の把握,

　(2)表層土内の根系の土質強度補強効果の定量的把握

　(3)土壌水分変化に対応した根系の補強効果メカニズムの把握

　の3点について検討した。降雨を誘因として発生する自然斜面での表層崩壊に関する従来の実験的研究は一面せん断試験によるものを中心として行われてきた。しかしながら、森林土壌の水分変化に応じた土質強度特性を把握する研究は少なく、表層崩壊に対して補強効果を発揮する樹木根系の土壌水分変化による影響に着目した研究は殆どない。一面せん断試験での土質強度は、水平変位-せん断応力(以下とする)関係から求められる最大せん断応力(せん断強度)を各垂直応力(以下とする)毎に測定することで求められる。しかしながら厳密には土のせん断強度特性は、応力条件に応じたせん断歪(以下とする)-せん断応力()関係から求められるべきものである。一面せん断試験においてを把握する場合、せん断層厚さの測定が不可欠であるが、試験機の構造上の問題から、せん断層厚さ(換言すれば、せん断箱内部の土の変形状態)を把握することが極めて困難であるという欠点を有する。-関係からは、土の物性であるせん断弾性係数(以下Gとする。ただしGは接線剛性率の値を用いる。)を求めることが出来る。ここで根系の土質強度補強効果を考えた場合、土質強度補強効果が土のせん断弾性係数G,及び変形状態と無関係に定まるものであれば、補強効果の定量的把握のためには一面せん断試験で充分であると考えられるが、実際には土のG,及び変形状態によって根系の補強効果が大きく異なることが予想され、この点に関する測定手法の開発は未だなされていないのが現状である。

　本研究では、以上に述べた一面せん断試験機の問題点を踏まえ、を制御できる大型の新型単純せん断試験機(図1参照)を製作した。豊浦標準砂を試料とする本試験機の性能評価を行った上で、1)土壌水分条件の変化が土質強度特性に与える影響を応力-変形特性から把握し、2)補強材が土の変形特性に与える影響及び補強効果の水分条件による影響を応力-変形特性から把握したものである。

　用いた土試料は市販の豊浦標準砂である。今回開発された新型単純せん断試験機は、

　1) せん断ひずみの定義ができること

　2) 表層崩壊に対応した低拘束圧での試験が可能であること

　3) サクションによる土壌水分制御ができること

　などの特徴を有する。

　1)のせん断ひずみは20%以下で試験を行なった。2)の応力範囲に関しては25・50・75gf/cm²の3条件で行なった。3)サクションの制御に関して、せん断箱の最上部を0cmH₂Oとしてサクション-15cmH₂O刻みで、0から-60cmH₂Oの範囲内で実験を行なった。なおサクションの制御はせん断箱に連結された定水位タンクの位置を上下に調整することによって実現した。

　次に、樹木根系による土質強度補強効果を評価するために、2種類の模擬根系を豊浦標準砂の中に鉛直に挿入し、水分条件を制御してせん断試験を行なった。2種類の模擬根系の一つは樹木根系の直根に相当するものとして竹串30本(直径2.6mm,長さ30cm)もう一つは細根に相当するものとしてナイロンネット5枚(厚さ0.5mm,幅10cm,長さ30cm)である。また、補強材の本数と長さの違いによる補強効果を評価するために、模擬根系の挿入本数及び長さを変化させて実験を行なった。