( ￡ぷ - 低品質発生土による高機能地盤材の開発・利用

)3b

刷問題提出書

￨雷除えられる。

図・6.2

( b )

は

SAと SH

の消石灰添加率の影響を示したものである。図より、

SH

は消石灰添加の効果が非常に小さいことが伺える。

これは、蓮池粘土は自然含水比が低く、少量の消石灰添加では、消化吸収反応等の、

含水量を減少させて強度が増加する反応が

60 50 20 30 40

* . 1 : 齢

tc (日) 10

o o

苧14日￨

一睡

.

‑+‑SA 50:50

一・ ‑

^SH 4⁰^:⁶⁰

材齢の影響 (a)

2 消石灰添加率RL(%) 2500

n u n u n u n u n u n u n U E U n u n ζ 4 E

唱E

(E X)コσ 刷世銀擢凶器

￨宮

川昨 500

。。

小さいためと考えられる。

図・

6 ( c )

は配合比の影響を示したものでここで、エコアッシュ発生土=60:4

0

のケースの結果が示されていないのは、脱型の段階で供試体が崩壊したために試験にある。

図供することができなかったからである。

より、いずれの配合ケースでも、エコアッ

シュの比率が小さい方が強度発現が大きいエコアッシュの配合比が小さい

4 0 : 6 0

では、養生による含水比の減少が比較的大きく、強度発現はその含水比の減少分に比較的大きく依存するため

と考えられる。

ことがわかる。これは、

消石灰添加率

R

Lの影響 4

0 : 6 0

，

t c = 1 4

日

︑ . .

︐ ︐

〆 ︐

e・・ ︑

2500

2000 1500

500 (占

￥) 号制組提出書

N昨

1000

。。

2 配合比 R 配合比RLの影響

一軸圧縮試験結果(SAとSHの比較) (c)

図‑6.2

( e )

一軸圧縮試験の定式化3)

図・

6

.1の材齢

1 " " ' 7

日において、平均一軸圧縮強度がまばらであり定式化するには困難であるため材齢

7

日以降において定式化を行った。ただし、

40: 60

においては、他の配合比と違う傾向で強度増加したため、定式化は行っていない。

60: 40

、

5 5: 45

においては、定式化の簡単のため一部修正して定式化を行った。また、

50: 50(R

=5%)

についても既往研究で実験がなされているため、

50: 50(R

=5%)

を含めて定式化を行った。

定式化を行うにあたって、一軸圧縮強度一材齢関係が図

‑ 6

.3の三軸排水圧縮試験の軸差応力、軸ひずみ関係に近似していることに着目した。また、この軸差応力と、軸ひずみの関係は式

( 6

.1)のコンドナーの双曲線を用いて表すことができる。

σ1 ‑ (]' 3

= / 1 ^E ^; ⁺ ザ ( 瓦一三 L t ⁽ ⁶ ^. ¹ ⁾

ここで、 σl一向:軸差応力、

E ;

初期弾性率、 ε:軸ひずみ、(正‑(]'3

t Z t

双曲線の漸近値である。

このコンドナーの双曲線を基に一軸圧縮強度・材齢、配合比、消石灰添加率の定式化を行った。ここで、式

( 6 . 1 )

を変形すると、式

( 6

.2)が得られる。

.cー

( 6

.2)

α + b t

ここで、仇:一軸圧縮強度、

t c :

材齢、

α:

一軸圧縮強度一材齢の初期勾配の逆数、

b: q u Z t

の逆数である。

次に、

a

、

b

を求めるため、式

( 6

.2)を

t / q u

とんの関係に変換した。図

‑ 6

.4に

t

u

とんの一次回帰線を示す。また、グラフ上の式は

tc/qu=btc+α

^{を表している。}

この定式化は、材齢、配合比、消石灰添加率をパラメータとして一軸圧縮強度を得ることが目的である。よって、

a

、

b

の値を配合比

R

、消石灰添加率

R

Lを使って表せなければならない。そこで、

a

、

R

、

R

Lの値と b、

R

、

R

Lの値を三軸上で表し、それぞれの値を空間座標 (a，R，R

L )

と(b，R，R

L )

どした。配合比 R と消石灰添加率R

L

と座標の関係を表

‑ 6 . 5

に示す。

次に、この空間座標の点を任意に

3

つ選び、その

3

点で面を作り、式

( 6 . 3 )

の面の方程式から、

a

、

R

、

R

Lと

b

、

R

、

R

Lの関係を表した。また、式

( 6 . 3 )

は図・

6 . 5

に対応している。

αχ+ か+戸 = D ( 6

.3)

ここでα=0α、β=0β、

y=oy

、

D =

原点Oから面方への垂線の足をDとすると

oD

である。

得られた

a

、

b

の式(式

( 6

.4)、

( 6 . 5 ) )

を式

( 6

.2)に代入し、実験値との差の二乗和が最小のものを、一軸圧縮強度と材齢、配合比、消石灰添加率の式とし、式

( 6 . 6 )

に示す。

‑ 62 ‑

a=

・

0 . 0 1 4 7 R ‑ 0 . 3 1 1 R

+ 0 . 0 3 0 7 5 ( 6

.4)

b=

^ー0.0

0 0 9 R

・

0 . 0 1 7 R

+ 0 . 0 0 1 9

5 (6.5)

( 6 . 6 )

qu=(‑0.0147R‑0.311RL+0.03075)+(‑0.0009R‑0.017RL+0.00195)tc

ここに、

R :

(エコアッシュ/有明粘土)、

R

L :消石灰添加率、ん:材齢である。

( < 7

1‑ d"

a ) u l t

z

615 O

ε ^X

図‑6.3 三軸排水圧縮試験の軸差応力、軸ひずみ関係

0.08 0.07 0.06 0.05

ても‑0.04 0.03 0.02 0.01

。

o

図‑6.4 三軸上における面π

• 50:50(2%)

・

⁵⁰^・⁵⁰⁽⁵^%⁾

企 55:45(1%)

・

⁶⁰^:⁴⁰⁽⁰^%⁾

線形(50:50(0%)) 一一線形(50:50(1%)) 一一線形(50:50(2%)) ー一線形(55:45(1 %)) 601‑… 線形(60:40(0%)) ー一線形(50:50(5%)) 20 30 40

材齢

t

c(日)

図・6.5 t/quと

ι

^{の一次回帰線}

‑ 63 ‑

表‑6.5 R、RL、座標の関係

配合比

( R )

消石灰添加率

R

L 空間座標(.，8.;

R

，R

U(b

j，R，

R

0%(0)

( a

A，l，O)，

(bA

，l，O) 50: 50(1) 1%(0.01)

( a B

，l，O.Ol)，

( b B

，l，O.01)

2% (0.02) (笠，1，0.02)，

( b

，c1，0.02) 5% (0.05) 空D( ，1，0.05)，

( b

D， 1，0.05) 55 : 45 (1.2) 1%(0.01)

( a E

， 1.2，0.01)，

( E

， 1.2，0.01) 60 : 40 (l.5) 0% (0)

( a F

， 1.5，0)，

( b F

， l.5，0)

6 .

2

三軸圧縮試験4)

土質力学において、土圧、斜面安定および支持力など、破壊に関する問題は土のせん断強さに基づいて解析することができる。土が外力を受け拘束される時、せん断強さと拘束圧の関係は粘着力Cと内部摩擦角φからなる次式のモール・クーロンの破壊規準で表すことができる。

T=C+ σtan 併 ( 6 . 7 )

ここで、 t回せん断応力

σ :

垂直応力である。

このCとφを土の強度定数といい、これより強度を評価できる利点があると共に、これらの値を定めないと土圧計算も支持力計算も一切行えないという状況がある。例えば土圧計算において、土圧には主働土圧と受働土圧があり、それぞれの構造物に作用する単位幅当

りの合力を

P a

、Ppとすると、ランキン土圧より

Y t H2 L ̲ ̲ ̲ 2 ( . . ， .

⁰

o i

^，^.^.^.

T T L ̲ J . . ， . o i

P~ =

一一一

t a n2 1 4 50‑

'1'

1‑2cHtanI45‑

竺￨

2 2) 2 )

γ

2 ‑ . ̲ ̲ ̲ 2 ( . . ， .

^{0 .}

o i .

^，^.^.^.

T T ‑ . ̲ J . . ， . . o i

P

D =~tan21450+ 竺 1+

2 c H t a n l 45

+竺￨

.2 ¥ 2) ¥ 2)

と表せる。ここで、 Yt目土の単位体積重量、

H:

構造物の高さである。

( 6 . 8 )

( 6 . 9 )

斜面の安定解析に関して、斜面がすべりを起こした際のすべりに抵抗する力は、式

( 6 . 8 )

にすべり面の長さを積したものである。よってCとφが斜面安定の重要なファクターとなる。

また、主働土圧は斜面の破壊を助長する力であり

Paの値が小さいほど斜面は安定する。

式

( 6 . 9 )

において斜面の安定がもたらされるのは

c

、φが大きい時である。

三軸庄縮試験には排水条件によって、

UU(

非圧密非排水)試験、

CU(

圧密非排水)試験、

CD(

圧密排水)試験があるが、本研究では上述の一軸圧縮試験との相関性を把握するために、

UU

試験を行った。

( a )

実験概要

表・

6 . 6

に示されている配合比に基づき、一軸圧縮試験と同様の方法で供試体を作成、養生させ、定められた材齢において三軸圧縮試験を行う。側圧は

SA

では材齢

7

日では

1 0 0

a

、

200 a

、

300 a

で、材齢

60

日では

200 a

、

300 a

、

400 a

で、行った。

SH

では全ての材齢で

100KPa

、

200KPa

、

300KPa

で、行った。

‑ 64 ‑

表・6.6試験ケース

ケース名配合比 R 消石灰添加率

R

L 材齢

(エコアッシュ発生土) (%) (日)

40:60 7、60

O 7、60

SA 50:50 I 7、60

2 7、60

55:45 7、60

60:40 O 7、60

O 14

40:60 7、14、28、42

SH 2 14

5050 14

60:40 ^"^ャ^ー 14

( b )

試験結果

図‑6.6に三軸

u u

試験結果を示す。グラフの切片は粘着力 Cu、傾きは内部摩擦角れを表す。

( a )

は

SH

のエコアッシュ:蓮池粘土

= 4 0 : 6 0

で消石灰添加率九

=1%

の結果において、材齢の影響を示したものである。図より、養生日数が大きくなるにしたがい、粘着力らが大きくなっていることがわかる。これは、養生期間が延びるにしたがい、混合材がポゾラン反応等の水和物反応により固化したためと考えられる。

( b )

は消石灰添加率の影響を示している。ただし、

SA

はエコアッシュ.有明粘土

= 5 0 : 5 0

、材齢

1 4

日で、

SH

はエコアッシュ:蓮池粘土

= 4 0 : 6 0

、材齢

7

日で、試験を行っている。図より、

SH

は Cu、れともほぼ同等であるが、

SA

はら、九に相違が見られる。このことより消石灰添加率に

SH

の粘着成分および摩擦成分は依存せず、

SA

のそれらは依存することがわか

る。これは、前節図‑6.2

( a )

の結果と同様の理由であることが推察される。

( c )

は配合比よる影響を示している。ただし、

SA

は消石灰添加率R_L=I%、材齢

7日で、 SH

は消石灰添加率RL=I%、材齢

1 4

日で、試験を行っている。図より、

SA

ではエコアッシュの比率が大きい方がら、れは大きいが、

SH

においてはエコアッシュの比率が小さい方がら、

九が大きいことがわかる。これは、

SA

では有明粘土の自然含水比が大きく、エコアッシユ固有明粘土

= 5 0 : 5 0

の配合条件の方が強度が安定する含水量であるのに対し、

SH

では蓮池粘土の自然含水比が小さいため、エコアッシュ・蓮池粘土

= 4 0 : 6 0

の配合条件の方が強度が安定する含水量であったためと考えられる。

‑ 65 ‑

一+一SH(RL=O%)‑‑‑‑SH(司=1%)勺議 SH(RL=O首

ー+ーSA(RL=O%)一品一SA(RL=1%)一合一SA(RL=O%

S:A=50:50， S:H=40:60 ・2

‑‑‑‑28日一+ーー14日

1500

二二

₁₀₀₀

冊 800

a..

.:t:. 1‑." 600 世

R

缶、ミキJ

n u n u n u n u n u

8UT

︒ ︐ ι

300

400 600 垂直応力σ(kPa)

200 800

消石灰添加率RLの影響 800

400 600 垂直応力σ(kPa) 200

︑ .

︐

FLU (

800 400 600

垂直応力σ(kPa) (c)配合比Rの影響

三軸

uu

試験結果図‑6.6

6 . 2 6 . 2 . 1

一般に粉末が用いられる。物質には様々な状態があるが、粉末試料の多くは、原子・分子が空間的に規則正しく配置している結晶が集まったものである。

してこの原子・分子の周期構造を回折格子として利用する。しかし、回折現象が観測されるためには、さらに格子間隔と同程度の波長の「光」が必要である。これには中性子線や電子線も該当するが、実験室系での測定には X線が最も広く、日常的に利用されている。

o o

SHにおける材齢の影響

600 400 200

200

強度特性に関する化学的要因 X線回折分梼

( a ) X

線解析分析装置5)

波動の回折現象を利用し、物質中の原子・分子配置の周期性に関する情報を得るための装置である。

測定試料としては、

そ

SH， RL=1%， 40:60

900 600

‑ G ‑SA(40:60)

‑+‑SH(40:60)

o o

1200

a.咽.

.:t:. トd

R

世車、と

が

1000 800 (a)

. . ‑

図・6

. 7

は、結晶中での各原子の規則的配列を示している。そしてこれらの原子を通るような面(青色、紫色の面)を考えると、結晶はこれらの面が等間隔で無数に並んでできたものと見なすことができる。この面は原子網面あるいは格子面と呼ばれ、回折現象は原子網面か

ら反射したX線が相互に干渉して引き起こすと考えられる。

図

‑ 6 . 8

のように格子面間隔を

d

とすると、

X

線の干渉により

2d s i n e

⁼

ⁿ ^l

^{(ブラッグの}

条件)で示される方向にだけ強度が認められ、それ以外の場所では弱くなり観測されない。

X線回折測定では様々な面間隔について強度測定を行う。結晶中での各原子の配列、原子・分子聞の距離は物質に固有であり、化合物が異なれば回折パターンも異なる。これにより、化合物に含まれている結晶成分を同定することが可能で、特に鉱物をはじめとする無機物質に対して威力を発揮する。そこで、本研究では、 X線回折の回折強度比較は、各鉱物の合計の比較で、行った。

X線回折は非破壊で測定を行うことができ、また試料調製も多くの場合不要なため、結晶性物質の簡便な同定法として広く用いられている。またこの装置ではX線ビームを絞る

ことにより、

30μmφ

の微小部測定も可能である。

さらに応用例として面間隔の変化から試料にかかっている応力を求めたり、結晶性高分子フィルムのピーク幅の変化から配向度・結晶化度を求めたりするような解析も行うことができる。

o

図・6.7 結品中の原子の配列モデル

‑ 67 ‑

ドキュメント内低品質発生土による高機能地盤材の開発・利用 (ページ 69-83)

( ￡ ぷ

( b )

SAと SH

SH

* . 1 : 齢

o o

.

一 ・ ‑

。 。

6

( c )

0

4 0 : 6 0

R

0 : 6 0

t c = 1 4

。 。

( e )

6

1 " " ' 7

7

40: 60

60: 40

5 5: 45

50: 50(R

=5%)

50: 50(R

=5%)

‑ 6

( 6

= / 1 E ; + ザ ( 瓦 一 三 L t ( 6 . 1 )

E ;

t Z t

( 6 . 1 )

( 6

( 6

α + b t

t c :

α:

b: q u Z t

a

b

( 6

t / q u

‑ 6

t

u

tc/qu=btc+α

a

b

R

R

a

R

R

R

R

L )

L )

L

‑ 6 . 5

3

3

( 6 . 3 )

a

R

R

b

R

R

( 6 . 3 )

6 . 5

αχ+ か+戸 = D ( 6

y=oy

D =

oD

a

b

( 6

( 6 . 5 ) )

( ￡ぷ

一・ ‑

。。

。。

= / 1 ^E ^; ⁺ ザ ( 瓦一三 L t ⁽ ⁶ ^. ¹ ⁾