第３章 不飽和砂質地盤の地震時沈下メカニズム
3.2 室内試験による検討
3.2.5 不飽和砂質土のせん断剛性および減衰定数のせん断ひずみ依存特性
図 3-20 繰返しせん断荷重の周波数と体積ひずみの関係（鹿島海浜砂）
に示したとおりである．締固め試験(前出：図 3-15)から最大乾燥密度ρdmax =1.634g/cm3， 最適含水比wopt =15.8% が得られ，実施工における締固め度Dc =90%程度を仮定した初期乾 燥密度ρd0 =1.48 g/cm3を目標として供試体を作製した．初期含水比wiは20，15，10%の3 種類の状態となるよう調整した．試験ケース一覧を表 3-9に示す．
表 3-9 試験ケース一覧：載荷方式および供試体初期状態，鹿島海浜砂
(2) 試験結果の比較
初期含水比の異なる 3 種の供試体に対して実施した繰返しねじりせん断試験結果を図 3-21に，同試験において計測した体積変化量を表 3-10に，体積ひずみ(εv)とせん断ひず み(γ)の関係を図 3-22に示し，特徴を以下に述べる．
表 3-10 試験結果一覧（体積変化），鹿島海浜砂 試験Case
載荷方式
A01 応力 制御
B01 ひずみ
制御
A02 応力 制御
B02 ひずみ
制御
A03 応力 制御
B03 ひずみ
制御 初 期
乾燥密度 ρdi (g/cm3)
1.484 1.482 1.482 1.484 1.478 1.484 初 期
含水比 Wi (%)
20.0 19.7 14.8 14.6 10.4 9.8 初 期
相対密度 Dri (%)
35.8 35.1 35.1 35.8 34.1 35.8
試験Case 載荷方式
A01 応力 制御
B01 ひずみ
制御
A02 応力 制御
B02 ひずみ
制御
A03 応力 制御
B03 ひずみ
制御 体積変化が生じ
た時のせん断ひ ずみ (%)
0.020 0.031 0.009 0.007 0.022 0.015 体積変化量
(載荷10step) ΔVn (cm3)
3.65 3.95 3.05 4.00 2.60 3.90
体積ひずみ (載荷10step)
εv (%)
1.67 1.81 1.40 1.83 1.19 1.79
体積変化量 (載荷12step)
ΔVn (cm3)
10.30 9.75 7.20 9.55 7.10 9.70
体積ひずみ (載荷12step)
εv (%)
4.72 4.47 3.30 4.37 3.25 4.45
・全体的に，今回設定した初期含水比10, 15, 20%の条件では，Geq～γ関係およびh～γ関 係に大きな相違は認められない．
・初期含水比 3 状態いずれの場合も，微小ひずみ領域（0.01%以下）では，応力制御方式 (Case-A シリーズ)よりもひずみ制御方式(Case-B シリーズ)の方が等価せん断剛性率 (Geq)は小さい．一方，ひずみ領域0.05%程度以上では，応力制御方式(Case-Aシリーズ) およびひずみ制御方式(Case-B シリーズ)双方の等価せん断剛性率(Geq)はほぼ同じであ る．
・初期含水比 3 状態いずれの場合も，微小ひずみ領域（0.01%以下）では，応力制御方式 (Case-Aシリーズ)およびひずみ制御方式(Case-Bシリーズ)双方の履歴減衰率(h)はほぼ 同じである．一方，ひずみ領域 0.1%程度以上では，応力制御方式(Case-A シリーズ)よ りもひずみ制御方式(Case-Bシリーズ)の方が履歴減衰率(h)がわずかに小さい．
・初期含水比 3状態いずれの場合も，ダイレイタンシーはせん断ひずみ 0.01%前後から生 じており，せん断ひずみが大きくなるに従って体積ひずみ(εv)が増大する傾向もほぼ同 様である．
・体積ひずみ(εv) が増大する傾向について，応力制御方式(Case-Aシリーズ)およびひず み制御方式(Case-Bシリーズ)双方による違いはあまり認められない．
(3) 体積収縮量測定試験との比較
先に示した体積収縮量測定試験結果（図 3-7および図 3-10）においては，載荷初期のせ ん断ひずみが0.1～2%程度であり，10回程度の繰返し回数で体積ひずみが0.2～3%程度で あった．ここでの鹿島海浜砂を用いた動的変形試験においては，0.01%程度のせん断ひず みレベルからダイレイタンシーが発揮され，せん断ひずみ 0.1%のときに体積ひずみ 0.5%
程度，せん断ひずみ 1%のときに体積ひずみ 3%弱程度，せん断ひずみ 2%のときに体積ひ ずみ 4%強程度生じている（図 3-22中の黄色でハッチングした領域）．
図 3-7 および図 3-10に示した体積収縮量の測定結果はそれぞれ KK発電所およびB 地 点の不飽和砂質土を対象とし，動的変形試験は鹿島海浜砂を対象としていることから，異 なる 3種の不飽和砂質土における体積ひずみ特性を比較していることになる．しかし，い ずれの地盤にあっても有意な沈下（体積収縮）が生じるせん断ひずみレベルはほぼ0.1%以 上の領域であると言えそうである．
不飽和砂質地盤を対象とした地震応答解析を実施した場合，地盤が体積収縮を開始する のが応答せん断ひずみ 0.01%以上，有意な地盤沈下が生じ始めるのが応答せん断ひずみ 0.1%を越える時点，とすることは設計や耐震性評価における一つの目安になるものと考え られる．
(a) 初期含水比wi =20%
(b) 初期含水比wi =15%
(c) 初期含水比wi =10%
図 3-21 初期含水比の異なる不飽和砂質土の動的変形特性（鹿島海浜砂）
0 10 20 30 40 50 60
0 10 20 30 40 50 60
1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01
履歴減衰率h (%)
等価せん断剛性率Geq (MN/m2)
片振幅せん断ひずみ γ (%)
Case-A01：Geq～γ Case-B01：Geq～γ Case-A01：h～γ Case-B01：h～γ 繰返し載荷10回目
0 10 20 30 40 50 60
0 10 20 30 40 50 60
1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01
履歴減衰率h(%)
等価せん断剛性率Geq (MN/m2)
片振幅せん断ひずみ γ (%)
Case-A02：Geq～γ Case-B02：Geq～γ Case-A02：h～γ Case-B02：h～γ 繰返し載荷10回目
0 10 20 30 40 50 60
0 10 20 30 40 50 60
1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01
履歴減衰率h (%)
等価せん断剛性率Geq (MN/m2)
片振幅せん断ひずみ γ (%)
Case-A03：Geq～γ Case-B03：Geq～γ Case-A03：h～γ Case-B03：h～γ 繰返し載荷10回目
(a) 初期含水比wi =20%
(b) 初期含水比wi =15%
(c) 初期含水比wi =10%
図 3-22 体積ひずみ(εv)～せん断ひずみ(γ)関係（鹿島海浜砂）
0 1 2 3 4 5 6
0 10 20 30 40 50 60
1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01 体積ひずみεv(%)
等価せん断剛性率Geq (MN/m2)
片振幅せん断ひずみ γ (%) Case-A01：Geq～γ
Case-B01：Geq～γ Case-A01：εv～γ Case-B01：εv～γ
Geq～γ は繰返し載荷10回目
0 1 2 3 4 5 6
0 10 20 30 40 50 60
1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01 体積ひずみεv(%)
等価せん断剛性率Geq (MN/m2)
片振幅せん断ひずみ γ (%) Case-A02：Geq～γ
Case-B02：Geq～γ Case-A02：εv～γ Case-B02：εv～γ
Geq～γ は繰返し載荷10回目
0 1 2 3 4 5 6
0 10 20 30 40 50 60
1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01 体積ひずみεv(%) 等価せん断剛性率Geq (MN/m2)
片振幅せん断ひずみ γ (%) Case-A03：Geq～γ
Case-B03：Geq～γ Case-A03：εv～γ Case-B03：εv～γ
Geq～γ は繰返し載荷10回目
3.3 振動台実験による検討
ここでは，不飽和地盤の地震時沈下挙動あるいは破壊に至る挙動の理解を図るために実 施した1G重力場振動台実験の結果について記す．
振動台実験は，初期飽和度と初期乾燥密度をそれぞれ設定した不飽和模型地盤をアクリ ル製の土槽中に作製し，土槽を振動台上に設置した後，所定の加速度で加振し，加振後の 沈下量，飽和度および乾燥密度を計測し，3者の関係を把握した．また，不飽和地盤の破壊 形態が分かれる条件について加振後の飽和度に着目して考察した．