北海道東部のように土の凍結が生じる寒冷少雪地帯では、土中の水分および熱移動に関する研究は 必要不可欠な分野の一つであり、土の熱伝導率が極めて重要な因子となっている。熱伝導率を実際に測定することなく、 簡単な方法で推定できることが古くから望まれている。本論文では、最も信頼性があるとされているJohansenによる 熱伝導率推定式の適応性を検討するために、石英や有機物の異なる北海道の土における熱伝導率を非定常測定法により実測した。 また、液相における伝導形態を明らかにするための実験と検討を行った。得られた結果は以下のとおりである。

１．熱伝導率測定値の変化
　土の熱伝導率は、土の密度、間隙、鉱物、組織、構造や、塩類濃度、温度など、多くの要素に影響されることが 知られている。石英や有機物の異なる試料に対して熱伝導率を測定した結果、熱伝導率は石英含量と水分量の増加に 伴って増加し、有機物含有量の増加に伴って減少することが示された。しかし、石英含量の異なる北海道の土における 熱伝導率測定値をみると、石英含量の増加に伴う増加傾向は認められず、土によってその値が大きく変化した。 これは、土の構成物質の割合や、土粒子の内部構造の違いに起因するものと考えられる。

２．伝導形態の検討
　土中での熱の伝導様式については未解決な多くの問題が残されており、特に、凍結条件下における熱伝導のメカニズムは、 不凍水の発生により複雑なものとなっている。そこで、液相における伝導性の効果を明らかにするために、 電気が液体のみを流れることに注目し、粒状物質（ガラスビーズ）における電気比抵抗値と熱伝導率測定値とを比較した。

　未凍結条件では、粒径の違いにより比抵抗値に差がみられたが、熱伝導率に差はみられなかった。これは、 低水分状態では液体よりも固体における熱伝導の割合が大きいことで、水膜が不連続になっても熱伝導率に与える影響が 少なかったものと考えられる。また、水分量の増加に伴って固体と液体が結合した伝導形態となるが、液体の 伝導効果が小さいことにより、飽和状態でも水の熱伝導率程度の小さな値となっていた。一方、凍結条件では 氷と粒子間に存在する不凍水が熱橋（熱的結合）の役割を果たすことで、熱伝導率が増加すると考えられている。 実験結果からは、低水分状態では未凍結条件と同様に、液体よりも固体における熱伝導の割合が大きいことが示された。 また、水分量の増加に伴って固体と液体が結合した伝導形態となるが、熱橋（熱的結合）の役割を果たす不凍水量割合の 増減に影響されることが示唆された。

　また、氷の熱伝導率は水に比べて４倍程度大きい値を示すことから、凍結土の熱伝導率は未凍結土と比較して 大きな値を示すことが考えられるが、実験結果からは極端な増加傾向は示されなかった。これは、氷の生成により 固体と液体の熱的結合を破るためと考えられる。また、氷と粒子の間に存在する不凍水が熱橋（熱的結合）の役割を 果たすが、液体の伝導効果が小さいことで極端な増加とならなかったことが、実験結果から示唆された。

３．熱伝導率推定式の適応性
　Johansenによる熱伝導率推定式により求めた推定値と熱伝導率の測定値とを比較した。Johansen式は、石英含量の多い 標準砂に対しては適応する傾向を示した。また、絶乾状態においては全ての試料において近似する傾向を示した。 しかし、石英含量の少ない試料や高水分状態では、必ずしも有効ではなかった。これは、Johansen式においては、 石英以外の構成物質の影響や、凍結条件での不凍水量の影響が少ないものとしていることで、総じて熱伝導率測定値よりも 高い値を示したものと考えられる。

　ここでは、実測値から飽和度の関数の修正値を導くことで、熱伝導率の推定を試みた。この修正値は多くの試料で 近似する傾向を示し、熱伝導率の推定が容易となることが示された。しかし、一部の試料や水分状態によっては 適応性が認められなかった。このことから、熱伝導率を変化させる要因を明らかにするとともに、精度を高めるための 計算因子の細分化などの検討が必要である。しかし、精度と汎用性・簡便性とのバランスが重要となる。

　以上のように、本論文では、熱伝導率推定のJohansen式の適応性を明らかにするとともに、ガラスビーズにおける 伝導形態についてモデル的に説明することができた。今後、熱伝導率に影響を与える条件について検討するとともに、 伝導形態に影響を与える要因についても検討する必要がある。また、北海道の土に適応する熱伝導率推定式を確立することで、 特に、土の凍結機構の解明に寄与できるものと考える。