博 士 （ 工 学 ） 天 満 学 位 論 文 題 名
粘土地盤のカ学特性に及ぼす年代効果と その定量的評価法に関する研究
学位論文内容の要旨
稔
近年，都市機能の拡張に伴い，「粘土地盤の小ひずみでの変形挙動の評価と予測」が地盤工 学の最重要課題のーっとなってきた．一方，自然に堆 積した粘土地盤は，長期二次圧縮，土 粒子間セメンテーションの付加，等の年代効果により ，その変形・強度特性は年代効果が小 さい室内再構成土のそれとは随分と異なることが知ら れている．翻って，自然堆積粘土のカ 学の現状は，変形・強度特性のモデル化がむしろ先行 しており，物性としての年代効果の同 定（あるいは定量化）が後追い状態にある．
本論文において著者は，このような現状打破の必要 性・緊急性を強調した上で，「自然堆 積粘土地盤のカ学特性に及ぼす年代効果の評価」に関 する工学的方法論を模索している．年 代効果の評価のための物性値として著者は，原位置・ 室内での測定が容易であり，二次圧縮 時の微小な体積変化やセメンテーションの付加に対し て敏感かつ確実に反応する微小ひずみ (0. 0001%)におけるせん断弾性係数￠ヨ』に注目して いる．研究の端緒として，北海道大学 地盤工学講座で独自に開発された三軸試験装置を使用 し，世界各国から採取した「自然堆積 粘土試料とそれらの室内再構成試料」を用いて，両者 のカ学挙動を比較検討している．要す るに，「年代効果のない室内再構成粘土のカ学的性質 は，年代効果を受けた自然堆積粘土の カ学的性質を評価する上での基本となる」，との三笠/Burlandの考えを本研究の出発点とし，
発展させている．
第2章 では ，本論文の主たるテ ーマに関する既往の研究をまとめた．まず，せん断弾性 係 数に着目した土の構造指標であるメ夕安定度指数の概 念と定義について論じた．近年，室内 試験では，微小ひずみ域での物性値（ヤング弾性係数，せん断弾性係数）が頻繁に測定されて いる．これらの測定を可能にした高精度な軸変位制御 が可能な三軸試験装置や，圧電素子を 装着したベンダー圧密試験装置を紹介した．っぎに， 年代効果の概念を一次元圧密過程での 間隙比と鉛直応カ，せん断弾性係数の関係における自 然堆積粘土と再構成試料の違いに着目 して論じた．また，三笠の基本式に基づきながら年代 効果の定量指標であるメ夕安定度指数 の概念を論じた．最後に，実際の自然堆積粘土とその 再構成粘土の圧密試験結果から，メタ 安定度指数の実測例を示した・
第3章 では ，本 研究 で 使用 した 多機 能三 軸試 験装 置の 特徴 を述 ぺた．自動化されたKo圧
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密方 法，デ ータの自 動収録 が可能な 三軸試験 装置の概要を説明した．また，再構成試料の作 成方 法や， 自然堆積 粘土のB値を 高めるた めに使 用した二 重負圧 法を含めた実験手順をごく 簡単に説明した．
第4章で は，本研 究で用 いた自然 堆積粘土 および 採取地盤 の概要 を述べた．対象とした地 盤は我国の沖積海成粘土（有明，尼崎）およぴ海外4ケ国の沖積海成粘土，Louiseville（カナ ダ），Bangkok（夕イ），Drammen(ノルウエー），Pusan(韓国）である．各地盤ごとに，サンプリ ング 調査地 点，土性 ，基本 的な諸物 性値の深 さ方向の変化について述ぺた．有明粘土はスメ クタ イトを 含むため に単位 体積重量 は小さく ，逆にDrammen粘 土はロッ クフラワーを含むた め に 大き い． この他に ，土粒子 間に結 合性を有 するLouisevilleやBothkennaer粘土 地盤で は， せん断 弾性波速 度測定 から得ら れたせん 断弾性係数は他の粘土と比ベ大きい特徴を明ら かにした・
第5章で は，年代 効果の 少ない室 内再構成 試料と 自然堆積 粘土を 用いた三軸試験，およぴ 段階載荷式圧密試験から得られたカ学的性質（圧縮指数Ce，せん断抵抗角￠． K値，5″／〆ッc の値 ）を比 較し，自 然堆積 粘土のも つ年代効 果の影響について議論した．同時に，過去に他 の研 究者に より提案 されて いるコン システン シー限界と土のカ学的諸性質との経験・実験式 によ る予測 値との比 較を行 い，年代 効果を反 映しないコンシステンシー限界を用いて自然堆 積粘土のカ学的挙動をどこまで説明できるのか考察した・
第6章で は，近年 の室内 試験装置 の発達に よって 計測可能 となっ た微小から大ひずみにい たる変形特性（軸差応力最大での軸ひずみど′，Esec/Em8x,剛性指数Eヨノs″）にっいて，再構 成お よび自 然堆積粘 土の挙 動の違い を考察し ，年代効果の影響を議論した．同一地盤中の乱 れの少ない自然堆積粘土のE。c/Emヨ,r〜ど′関係はほぼ同様な低減曲線となること，および粘 土の種類によらず剛性指数屬オィノ＆は約500‑‑‑700の値をとることを示した．一方，再構成試 料は自然堆積粘土のEs。ノらョf〜ど′関係のほぼ下限となることや，Emax/吼は自然堆積粘土と は 異 な り ， 粘 土 の 種 類 に よ り700〜1200の 広 範 囲 の 値 を と る こ と を 述 べ た ． ｀ 第7章 では ，自然堆 積粘土の メタ安 定度指数MI (G)nと 非排水せ ん断強 度比との 関連を 検 討し 一定の 相関性を 明らか にした． 例えぱ， 粘土層下部砂礫層からの地下水のくみ上げによ る圧密が生じていると推定されるB angkok地盤では，MI (Gmヨ』)llは粘土層下部ほど小さい傾向 があ り，し かも，地 盤の有効応力履歴状況に対応するように粘土層下部の試料のs"/o v。が 再構成試料に近づくことから，年代効果を反映した「構造」指標としてMIr Gma，)ILは工学的に 有用であることを立証した・
第8章で は，メ夕 安定度 指数の工 学的適用 を検討した．室内試験から得られたMI (Gmax)II とs″／o v。の関係に，原位置せん断弾性波速度試験から得られる深さ方向に連続して得られ
るMI (Gf´ を代用し，数個の自然堆積粘土供試体およぴその再構成試料を用いた室内せん断
試験 と原位 置せん断 弾性波 速度測定 結果をも とに，深さ方向に連続した非排水せん断強度を 推定する方法，MILK法（Metastability Index coupled with Laboratory Ko consolidatioaを提案し た．さらに，提案法の適用を世界3ケ国にわたる粘土地盤（有明，Drammen，Bangkok）で試み，
MILK法の工学的意義を明らかにした．
第9章は，本論文で得られた結論のまとめである．
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学位論 文審査の要旨 主査
副査 副査 副査
教授 教授 教授 助教授
三田地 石島 三浦 澁谷
学 位 論 文 題 名
利之 洋二 清一 啓
粘土 地盤の カ学特性に及ぼす年代効果と その定量 的評価法に関する研究
自 然 堆 積 の 粘 土 地 盤 は ， 長 期 二 次 圧 縮 ， 土粒 子 間 セメ ン テ ー ショ ン の 付加 等 の 年代 効 果 を 受 け て い る こ と か ら ， そ の 変 形 ・ 強 度 特 性は 年 代 効果 の な い 室内 再 構 成土 の そ れと は 大き く 異 なる こ と が知 ら れ てい る ． 一 方， 自 然 堆積 粘 土 に関 す る カ学 の 現状は ，変形 ・ 強 度 特 性 の モ デ ル 化 が む し ろ 先 行 し て お り ， 物性 と し ての 年 代 効 果の 同 定 （あ る い は定 量 化 ） が 後 追 い 状 態 に あ る ． ま た ， 近 年 の 都 市機 能 の 拡張 に 伴 い ，粘 土 地 盤の 小 ひ ずみ で の 変 形 挙 動 の 評 価 と 予 測 が 地 盤 工 学 の 最 重 要 課 題 の ー っ と な っ て き た ・ 以 上 の よう な 背 景の も と ，著 者 は ， 原位 置 ・ 室内 で の 測定 が 容 易で あ り ，二次 圧縮時の 微 小 な 体 積 変 化 や セ メ ン テ ー シ ョ ン の 付 加 に 対し て 敏 感か つ 確 実 に反 応 す る微 小 ひ ずみ
（10‑6オー ダ ― ）に お けるせ ん断弾性 係数Gmaxに 注目し， 自然堆 積粘土地 盤のカ 学特性に 及 ぼ す年 代 効 果の 評 価 に関 す る 工学 的 方 法 論を 模 索 して い る ．本 研 究 はそ の 出発点 として ，
「 年代 効 果 のな い 室 内再 構 成 粘土 の カ 学 的性 質 は ，年 代 効 果を 受 け た自 然 堆積粘 土のカ 学 的 性質 を 評 価す る 上 での基 本とな る」との 三笠/Burlandの 考えを 発展させ ，世界 各国から 採 取 し た 自 然 堆 積 粘 土 試 料 と そ れ ら の 室 内 再 構 成試 料 を 用い た カ 学 挙動 の 比 較検 討 を 行っ た もの で ，9章 で 構 成さ れ て いる ．
第 1章 で は ， 研 究 の 背 景 ， 目 的 お よ び 論 文 の 構 成 に つ い て 述 べ て い る ． 第2章 で は ， 本 論 文 の 主 た る テ ー マ に 関 す る 既 往 の 研 究 を ま と め て い る． ま ず ，微 小 ひ ずみ 域 で の物 性 値 （ヤ ン グ 弾性 係 数 ， せん 断 弾 性係 数 ） の測 定 を 可能 に した高 精度な 三 軸 試 験 装 置 や ， 圧 電 素 子 を 装 着 し た べ ン ダ ー 圧密 試 験 装置 を 紹 介 して い る ．さ ら に ，年 代 効 果 を 一 次 元 圧 密 過 程 で の 間 隙 比 と 鉛 直 応 力， せ ん 断弾 性 係 数 の関 係 に おけ る 自 然堆 積 粘 土 と 再 構 成 試 料 の 違 い に 着 目 し て 論 ず る とと も に ，年 代 効 果 の定 量 指 標と し て ，せ ん 断 弾 性 係 数 に 着 目 し た 土 の 構 造 指 標 で あ る メ夕 安 定 度指 数IWI(G,迎の 概 念 を論 じ ， 自 然 堆 積 粘 土 と そ の 再 構 成 粘 土 の 圧 密 試 験 か ら ， WI(G.皿 の 実 測 例 を 示 し て い る ．
第
3
章では， 著者の所 属する研究 室で独自 に開発さ れ，本研 究に使用 した多機 能三軸 試 験装置の 特徴を述 べるととも に，再構 成試料の 作成方法や実験手順について説明して いる．第
4
章では， 本研究で 対象とした地盤すなわち，我国の沖積海成粘土（有明，尼崎）お よび海外4ケ国の沖積海成粘土地盤，Louiseville(カナダ），Bangkok(
夕イ），Drammen(ノ ルウエー），Pusan(韓国）の概要を述べている．各地盤ごとに，サンプリング調査地点，土 性，基本 的な諸物 性値の深さ 方向の変 化につい て述べるとともに，各粘土についての 成 因 ， 構成 鉱 物等 の 違 いに 起 因す る 物 理・ 力 学的 性 質 の特 徴 を 明ら か にし て い る．
