表 図

CU試験からど= 0 kgf/cm2、

S，.二80.1%である。

ρd二1.32^g/cm3、

でω= 33.4%、

図 Afは圧密圧 実用上CD試験の結果と一致している。

Afを圧密圧力に対して示している。

力の増加にともない直線的に大きくなる。

この結果は、

破壊時の間隙圧係数 を得たが、

30.00 は、

ゆ，

-4.6

kgf/cm 2で圧密した供試体を所定の圧力

20 10 側庄 5、

4.2は、

4.7 表 図

B φ'は吸水過程に先行する圧密圧

法) である。

非排水条件のもとでせん断した結果 (B どがあらわれ、

法で三軸せん断試験を行うと、

で十分吸水させた後、

戸ー一一一

"" /

20 25 CDテスト

ーー一 CUテスト

5

。

。

(NEυUMM)

〔K りH

K誼「〈制ゲ

14 15

4 6 8 10 12

圧縮ひずみ (% ) 10

8

4

;j

-(円b|ごU)

( kgf/cm 2 ) 垂直応力

モールの応力円 (Aシリーズ) 図4.5

間隙水圧-ひずみ曲線 (Aシリーズ)

4.4 応力、

Afを過圧密比(OCR)に対して示し OCRは4前後である。

は、

4.8 レイタンシーが0となる

lFO)円。

力の減少とともに小さくなる。 図

0.6 0.4 0.2 1.0 0.8

\ぎH

)\吋 グイ ている。

15 20 ( kgf/cm 2 ) 5 10

。 。

力 密 圧

圧

破壊時の間隙水圧係数Afと圧密圧力 (Aシリーズ)

b

0.478 0.476 0.437

0 ・I a

o 20.0 0.52 口10.0 0.44 a 5.0 0.59

• Aシリーズ

図4.6

8 (N日υ\刷出品)

ワunL// ，，，，，， A1，，A1，，

ゅ。崎d o o X川T'一-bll + G O a-、f、一一一一一一 y x

y

4 2 N\\わ円。JFO)

18 14 16

12 ( kgf/cm2 ) 10

8 ( a 1 '+ a 3 � f/2

6 4

。 2

。

( a l' a :1 ' f/2 (σ1 '+ σJ f/2

4.7

33

吸水過程に先行する圧密

σc (kgf/cm2)

20. 0 10.0 5.。

φ'

φ， (deg.)

29. 1 28.4 25. 7

圧力(σc)とど、

C' (kgf/cm2)

O. 60 0.50 O. 65

表4.2

圧密圧力( kgf/cm2 )

・ 20.0

• 10.0 Â 5.0 0.8

0.2 0.6

0.4 て

説話回耗醤E

OCR

間隙水圧係数Afと過圧密比

せん断強度のまとめ

過圧密比 -0.2

図4.8

4 4.

最適含水比のもとで標準締固めにより最大乾燥密度の状態に締固めた供試体 肥前町赤坂、

試験に用いた試料は、

cu試験を実施した。

三軸uu、

について、

は uu試験より 4.9

肥前町上倉および唐津市後川内で採土した試料である。 図

kgf/cm 2であり、 φM の ClI の平均値は0.57

φu の分布図である。

C[/，、

得られた

4.10は Cu とφμ の関係を示したものである。 CILは である。 図

15.20 平均値は

cu試験の結果を有 4.11 は、

また、 図 ゆ11 の増加に対して直線的に増大する。

kgf/cm 2であり、

C'の平均値は0.57 効応力で整理したど、φ'の分布図である。

図4.12は C'とφ'の関係を示したものである。 C' である。

ゆ'の平均値は25.40

はゆ'の増加とともに減少する。

uuおよびcu めの度合とせん断強度定数の関係を、

4.14は締 4.13 図

図

C'、φ'はいずれ せん断強度定数 CII、 φu、

試験の結果からまとめたものである。

おんじゃ これらの結果から、

め度の増加とともに直線的に大きくなる。

も締

通常の土と同程度のせん断強 -.めによって所定の密度が確保されれば、

ることができる。

くは締 度を千

•

口 口

•

• 標本数

10 5 6

• 試料名

赤 坂 上 倉 後川内

O口・

。

口

θ

。

。

•

。 も.。

。 。

1.4

(Ng泊封)

標本 数N

=

²¹

Cu

=

^{0.57 kgf/cm2}

10

5

主義 生当

u ;:j

円K拠提

1.4 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

粘着力C14(kgCcm2)

0 0.0

標 本 数N

=

²¹

φu

=

^15.20

10

5

ま長 生当

40

10 20 30

内部摩擦角ゆu (deg.)

0.0 0

35 30 25 20 10

内部摩擦角

5 15

。。

( deg. ) φμ

粘着力と内部摩擦角 図4.10

粘着力および内部摩擦角の分布 (三軸uu試験)

図4.9

(三軸uu試験)

•

0・

•

(Ngb凶訓)

標本数N= 31 c'

=

0.57 kgfJcm2

ま話 制

⑪ 《 。

-o

cE

00 口 口0 口

。

0・

標本数

10 0

6 9

口

試料名 赤 坂 上 倉 後川内

u

Rh冊目誕

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

粘着力c' (kgfJcm2)

標本数N

=

³¹

φ，

=

^25.40

10

5

実話 性d

40

10 20 30

内部摩擦角φ， (deg.)

15 20 25 30 35 40

内部摩擦角φ， (deg.)

0 10

粘着力と内部摩擦角 (三軸cu試験) 図4.12

粘着力および内部摩擦角の分布 (三軸cu試験)

図4.11

35

3

2

(・ 切 。 匂 )3AV 『帆脱斡附世話P1

標本数 10

6 5

85

試料名 赤 坂 上 倉 後川内

O口・

90

ρd/ρdmax 締固

1.

(Ng泡A)

� にA

Rh榊山菜

(% )

(三軸uu試験) め度

締固め度とせん断強度定数 図4.13

3

2

( ・ 切。ガ)、AV 舷鎌削世話P1

試料名 赤 坂 上 倉 後川内

O口・

0 1.5

1.

O.

(Ng泊封)、む

Rh側提

85 90

ρd/ρdmax

締固 (% )

(三軸cu試験) め度

締固め度とせん断強度定数 図4. 14

4. 5 非線形解析

4.5. 1 非線形モデル

盛土構造物の築堤材料となる土の応力-ひずみ関係は著しい非線形を示す。

この非線形性に寄与する要因は種々考えられるが、 その中で特に拘束圧力の影 響は無視できない。 その他の要因、 たとえば土の密 度、 含水比、 骨格構造、 排 水条件、 載荷時間などは、 供試体や試験条件を現場条件に一致するように選択 することで、 数式表示に組み込むことができる。

土の応力一ひずみ関係は、 Kondner37)が提案するように、 双曲線でよく近似 できる。 これにモーノレ ・ クーロンの破壊基準を組み合わせることで、 Duncan38)、

Kulhawy39)らは接線ヤング係数Etを応力の関数として次式で表現した。

ベl-211iC九s;3LJK九(号r

^{( 4.1)}

ここで、 Rf :破壊比、 Pα:大気圧、 K，n:実験定数である。

同様に、 水平方向ひずみE 3と軸ひずみεlとの関係も双曲線で近似し、 接線 ポアソン比は次式で表現される。

V， I

-G

-

^{F .log}

₍

^σ3

_/

Pa

)

D(

^{U 1-σ3}

)

2 ( 4.2)

K九(号r[ 1-221iU

ここで、 G，F，Dは実験定数である。

式( 4.1)、 ( 4.2)には 8 つのパラメータ が含まれている。 これらは全て圧密排水 三軸圧縮試験から決定することができる。

この非線形モデノレは築堤解析のように 除荷が生じない場合にはよい結果を与え る40)。

4.5.2試料の締固め特性

実験に用いたおんじゃくは肥前町上倉 で採土した灰色おんじゃくであり、 その 物理的性質を表4.3に示す。 この試料に ついて、 JSF ^T 711 A.c法で含水比を調

37

表 4.3 上倉試料の物理的性質 風乾土 湿潤上 士粒子密度(g/cm3) 2.889 液性限界(%) 50.8 53.7 塑性限界(%) 38.7 39.1 粘土分(%) 15.7 15.5 シルト分(%) 46.3 36.6 砂 分(%) 38.0 47.9

突固め回数 o 400 ム 200 口 100 マ 50

• 25 Â 15

• 10 T 5 1.5

1.4

ト2 1.3

-EA --la

、 cュ

(司自ど凶)

性国 4記 要望

�

45 50 40

35 30

25 20

(% )

締固めエネノレギが異なる上倉試料の締固め曲線 比 w

水

己

図4.15

締固めエネルギを変化させて突固めによる締固め試験を行った。 突固め 整し、

各層の突固め回数は5，10，15，25，50，100， 200，400回の8通 標準締固め試験(突固め回数 25 回) 層数は3層である。

4.15に示す。

最大乾燥密度は 締固め曲線を図

りである。

締固めエネノレ g/cm3である。

1.27 による最適合水比は37%

最適合水 最適含水比は減少する。

最大乾燥密度は増加し、

ギの 増加とともに 、

50 回以上の試料の乾燥密度に差異は認められ 突固め回数が

比の湿潤側では、

20'""'-' 45%の範囲におい 口lを越えると ふ水比

め曲線は同一軌跡をたどる。

突固め回数が200 ない。 また 、

て 締

4.5.3非線形パラメータの決定

(式 4.5.3. 1含水比一定の場合

圧密排水三軸圧縮試験に用いた供試体は、 含水比を30%に調整した試料を、

乾燥密度が1.1，1.2，1.3，1.4 g/cm3になるように突固めて作製した。 試験後の応 力一ひずみ曲線の形状から 、 接線ヤング係数(式(4.1)) 、 接線ポアソン比

(4.2))の式中に含まれる 8つのパラメータを算定した。 表4.4は得られた非 線形パラメータの一覧である。 強度定数 Cd、 φdは密度の増加とともに増加す る。 K、 n の値は密度の増加とともに増加している。 密度の高い試料ほど、 初 期接線ヤング係数は大 きく なり、 側圧の影響を強く受ける。 双曲線の近似の程 度を示す破壊比Rrは 0.8'" 1の範囲であり 、 おんじゃくの応力一ひずみ関係は 双曲線でよく 近似できる。 初 期ポアソン比の拘束圧依存性を示す Fの値は、

密度の増加とともに減少する傾向が見られる。 また、 パラメータD、 Gは密度 の増加とともに増加する。

表4.4 密度と 非線形ノミラメータ (上倉試料)

乾燥密度(g/cm³) l.1 l.2 l.3 l.4

Cd (kgf/cm2) 0.32 0.25 0.38 0.62

φd (deg.) ^{28.4 33.2 37.6} 40.5

.K (kgf/cm2) 89.1 309 635 914

n 0.45 0.39 0.55 0.67

Rr 0.85 0.86 0.79 0.96

D 3.06 2.61 4.45 10.8

G 0.16 0.29 0.33 0.33

F (cm2/kgf) 0.17 0.15 0.17 0.08 初期含水比例二30%

4.5.3.2締固めエネルギ一定の場合

圧 密排水三軸圧縮試験の供試体は含水比を 30、 35、 40、 45%の 4段階に調 整し、 A .b 法の標準締固めにより作製した。 試験後の応力一ひずみ曲線の形状 から、 8つの非線形パラメータを算定した。 表4.5は得られた非線形パラメー タの一覧である。 強度定数Cd、 φdと破壊比Rrは締固め含水比の影響を受け な い。 初期接線ヤング係数Eiの大きさを示すK の値は含水比の増加とともに減 少する。 Eiの拘束圧依存性を示す n と初期ポアソン比Viの拘束圧依存性を示 すFの値は最適合水比付近で最大になる。 また、 パラメータ D_ G はそれぞ れ最適含水比付近で最小、 最大と なっている。

39

試料) ふ水比と非線形パラメータ (上

表4.5

45 35 40

(%) 30 締固め含水比

0.16 36.7 0.20

34.1 0.20

36.2 0.10

37.2 (kgf/cm2)

(deg.) (kgf/cm2)

，d

，d

cφK

134 179

297 345

0.48 0.59

0.27 0.14

n

0.72 0.82

0.87 0.85

Rr

D 7.05 4.15 3.35 4.26

0.21 0.35

0.26 0.20

G

0.09

。3 = 4.0 kgf/cm2 0.24

Ec二5.6 cm. kgf/cm3

1

0.5 2 0.15

締固めエネノレギ

実演IJ値 計算値

ω。= 45 %

0.13 F

。 (刊日υゐ切る円。ー

じ

�

(求)hw

千ミ

げりは

+t1

必何千O拠品仏

有限要素法による解析結果 図4.16

4.5.4有限要素解析41)

締固めエネルギ一定で含水比が異なる試料について得られた非線形ノ〈ラメー タを用いて、 有限要素法により三軸圧縮試験のシミュレーシ ョンを行った。 有 限要素解析は式(4.1) と式(4.2) を用いた増分解析法により行った。 解析対 称である三軸圧縮試験供試体は軸対称であるので、 供試体の 1/4の領域につい て解析を行った。 要素は三角形要素であり、 要素数は80， 接点数は 55である。

1 ステップの荷重増分量は破壊時の主応力差の 1/15の値であり、 計算精度を 上げるために 1ステップ中で 2回の計算を行っている。 また、 ひずみは微少 ひずみと考えて、 各ステップごとに加えている。

締固め含水比 45%の供試体について、 計算結果と実測値を図 4.16に示して いる。 計算結果は実測値をよく説明している。 Duncan、 Kulhawy らの提案す る非線形モデルはおんじゃくに十分適用できる口

4. 6 まとめ

本章では、 おんじゃくの力学的性質のうち、 せん断特性について検討した。

特に、 供試体の作製条件(締固め方法、 含水比、 締固め度 )、 先行圧密圧力、

および排水条件( uu、 CU、 CD)によるせん断特性の違いを三軸圧縮試験結 果から検討した。 また、 締固めたおんじゃくについて Duncan、 Kulhawy ら の提案する非線形モデルの適応性について検討した。 得られた主な成果は以下 の通りである。

(1) UU試験におけるおんじゃくのせん断強度定数は、 平均値として ら = 0. 57 kgf/cm 2、 φII ⁼ 15.20 であり、 φu の増加とともにらも増加する。

(2) CU試験におけるおんじゃくのせん断強度定数は、 平均値として C' = 0.57 kgf/cm 2、 φ， ⁼ 25.40 であり、 φ'の増加に対してどが減少する。

(3)おんじゃくの Cu、 φ“ は含水比の増加とともに減少する。 また、 供試体作 製方法の違いがせん断強度定数におよぼす影響は低含水比ほど顕著である。

(4)破壊時の間隙水圧係数Arの値から、 おんじゃくのダイレイタンシーが0と なる過圧密比は 4前後である。

(5)おんじゃくのせん断強度定数は締固め度の増加とともに直線的に大きくな る。 おんじゃくは締固めによって所定の密度が確保されれば 通常の土と

同程度のせん断強度定数を得ることができる。

(6) Duncan 、 Kulhawy らの提案する非線形モデノレはおんじゃくに十分適用で きる。

41

ドキュメント内 九州北西部に分布する玄武岩風化土(おんじゃく)の土質理工学的性質 (ページ 39-51)