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長期圧密および過圧密履歴を受けた粘性土の動的変形特性の推定法 : 地盤の動的変形特性の評価法に関する研究(I)

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Academic year: 2021

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全文

(1)

1

論  文

I

UDC :624

131

55 :624

131

2 日本 建築学会 構 造 系 諭文 報 告 集 第 384 号

昭 和 63 年 2 月

長 期

密 履 歴

        動 的変 形 特 性

推 定 法

地盤

動 的 変形特 性

評価 法

する研

究 (

1

正 会 員 正 会 員

**  

L

序  建築構造物の地震被 害の様相

地盤の振動特性と密 接な関 係にあ ることは

周 知の こ とで あ る

  構造 物に被 害を与え るよ うな強 震 時の地 盤の振 動特性 につい ては, 地 盤 材 料の非 線 形 性 を考 慮し た地 震 応 答 解 析 を行い

解 析 的 手 段に より その特性 を予 測し

その予 測をもとに構 造 物の耐 震 性を検 討し て い る

こ の ような 地震 応 答 解 析に必要な地 盤の 動 的 変 形 特 性 を 実 験 的に求 め ようと す る場合

,一

般に原 位 置試験の弾 性 波 探 査 (

PS

検 層 )と原 位 置の ボ

リング 孔 な ど か ら採 取し た 土試 料 につい ての室 内 動 的 試 験が併 用して行わ れる。  原 位 置 試 験で は

,PS

検層によ る

S

波 速 度

Vs

と地 盤 の密 度p か ら原 位 置の せん断 剛 性

G

を次 式によっ て算 出 して い る。

 

G ・

pV 。 2

……・

……・

一 ………一 …・

………・

…・

(1)  

S

波 検 層 時に地 盤中に生 ずる せ ん断ひずみ γ は 10

5 程 度か そ れ以 下とい わ れてい るの で

(1> 式から求 め ら れ る

G

原位置の 初期せ ん断剛性

G

。F と み な さ れ る

。一

強 震時に相 当 する せ ん 断ひ ずみ レ ベ ル (γ= 10neq

10

2で の せ ん 断 剛 性

G

減 衰 定 数 hの ひ 依 存性は

原 位 置 試 験で は得られない た め, 室 内 試 験で そ れ を補っ て い る

近 年

超 高 感 度の変 位 測 定 装置が開 発さ れll

室 内 試 験で原 位 置の

S

波 検 層 時に相 当する γ

IO

6 程 度の微 小ひずみ時の初 期せ ん断 剛 性

G

。t

の測 定が可 能とな り

,一

つ の試 験 装 置に よっ て広い 範囲の ひ ずみ領 域 (γ

10

6

10

:)で の G

γ

h= γ 関係が測 定で きるよ うに なっ て き た

しか し ながら

室 内 試 験に おいては

原位置か ら土試 料を採取 す る 際に砂 質 土の場 合,

通 常のサン プ リン グ方 法で は種々 の乱れ を受け, そ の物 性がある程 度 変 化する ことは避け得なし 

粘 性土の場 合

ブロ ッ クサ ンプリングに よ り比 較 的 乱れ の 少ない不 か く 乱 試料は得ら れ る もの の

原位 置で土 試料 が受けていた長期間の圧密や, 過 圧密履歴等を 室内 試 験 † 本 報告の

部 は

昭 和 61年 度日本建 築 学 会 大会学 術 講演梗概 集 (北 海道

1

におい て発 表した

  唯 日夲 大 学  助 手

工 修  # 学   教 授

    〔昭 和62年 6 月5日原 稿 受 理1 で忠実に再 現す るこ と は 困難で あ り, これ らの原 因で原 位 置および室 内の両 試 験で求め た初 期せん断剛 性

G

。F と

6

。L が

致 し ない 場合が多い 安 田 らz}

 Larkin 3}

G

。F と

G

。L を比較 検討 し, 密な砂, 堅い粘土の場 合

G

。b は

G

。s の ]/3か ら1/4に減少す ること が ある こ と を 報 告し て い る

こ の よ うに両 試 験を 関 連づ け る

G

。F と

G

。L に差 異が生じた場 合, 室 内 試 験 結果 につ いて適切 な 補正 を行い

より正確な原 位 置 地 盤の動 的 変 形 特 性 を推 定す る 必要が ある

室内試 験 結 果の補正法に関する既 往 の研 究と して は

Anderson ら4)

吉 田ら5 )

国 生ら6 }

善 らη

Larkin ら3 ] 研 究がある。 しか し な が ら, それ らの 正 法 を実際に原 位 置に適 用

1

し た場 合

各 補正法に よる動 的 変 形 特 性の推 定 結 果の間に は か な り大き な差 異 が み られ る。   以上の背 景の もとで

本 報 告は

粘 性 土 地 盤に お いて 原 位 置および室 内 試 験か ら求めた初 期せ ん断 剛 性

G

。F と

G

。Lの 差異は

室 内試 験に お け る長 期 圧 密と過 圧 密 履 歴 の応 力 状 態の再現性に起因 するとい う前 提に基づい て

原位置に おける粘 性土の動 的 変 形 特 性推 定 法 を提 案 し,本 推 定 法と既 往の補 正 法を 比較 検 討し た もの であ る

 

2.

室 内 試 験の概 要  2

ユ 試 験 装 置   試 験 装 置は

通 常の側 圧

定のまま軸 圧の みを 変 動さ ぜ る動 的三軸 試 験 装 置を改 造し

軸 圧 と側 圧 を 同 時に変 動さ せ る こと が可 能な電 気 油 圧 サ

ボ式の動 的三試 験 土哄 試匿

ス ト ン 図

1 試験装 置の主 要 部 分

97

(2)

装 置で ある

装 置の主 要 部 分 を図

1に 示す

本 装 置の 主な性 能 を列 記する と以下の と お りである

 

1)ピス ン の径は

供 試 体の 直 径 (

》=

50mm )に 等し く してあ る ので

軸圧 と側圧 は相 互に影 響 を受けず 独立に載 荷で き る

 2)軸圧 と側 圧を同

周 期で載 荷す る ときは

位 相 差 を

0

°

360

° で意に設定で き る。  

3

)荷 重 計

変 位計 は 三軸室に組み 入 れ

ピス トン等 の摩擦を除 去し た高精 度な測 定が可 能である。  

2.2

実 験 試 料  実 験に用い た 試料は

東 京 都 渋 谷区 (A 試 料 ), 東 京 都千 代 田 区 (

B

試料

,C

試 料)p 埼玉県 鴻 巣 市 (D 試 料 } の原地盤か ら採取し たブロ ッ ク サンプルの不か く乱粘性 土であ る

各 試料の採 取深 さ と物理特 性を 表

一1

に示 す

動的試 験に用い た供試体は, 直径 50mm , 高さ

125

 mm の円 柱 形である

 2

3 実 験 条 件   拘 束圧 a。

圧密 時 間 t。

過圧密比 0

C

R

を影 響 因 子とする各シ リ

ズの実 験 条 件を以 下に示 す。   (aa。シ リ

ズ ;a。

1

O

1

5

2

0

3

0

4

0

5

O kgfcm2 を等 方圧で加え

次圧密 終 了 後

動 的 試 験を行 う。  (

b

)tcシ リ

ズ :σ o

1

okgf/cm2 の も とで

 t

240

360, 600, 1440分 間 圧 密した後, 動 的 試 験 を 行う

 (c}

0 .

C .

 

R .

シリ

ズ :先行 圧 密 応 力 P。

4

O, 6

0, 8

0

9

Okgf/cmZ を等 方 圧で 加え

次 圧 密 終了後

拘 束圧 σ。= 1

okgf/cm2 に戻し

動 的 試 験を行う。  ここで

,0 .

C .

 

R .=Po

σ。と す る

  各 供 試 体の実 験 条 件 を表

2に示す

 2

4  動 的 試 験 法  拘 束 圧 a。で等 方 圧 密 し た後, 排 水 状 態で軸 圧 σ

側 表

1 実験試料の採 取 深さ と物理特性 窶皇壌特 旺α 》 試 斜 娼 揮奴 混さ   (

冫 盻分 シ

卜分 帖 土 分 土 拉子の比歴    G$ 田 腫 脂曦  醴 ρ 陥掬 度 Srα } AX科 2

5

3

oLI

2 舶

4 ら7

司 2

6陀 2弓

47

29

55 翁

o

10D

o B 誠斜 9

5

lo

5 司

o 弔9

645

42

ε 「129

司3

25100

O C賦料 5

ト 6

035

03 ?

2 η

82

 022

92

28

789R

0

100

0 D賦科 ■

5

2卩 5

428

日 64

82

7 断 35

πト‘2

7992

0

IDO

o 圧 σr を 同

振 幅

逆 位 相で同 時に変 動さ せ正 弦 波の応 力 振 幅 を段 階 的に上げて ゆく動 的 試 験 法で あるS)

振 動 数

f

O.

1Hz , 各 段 階の載 荷回数

N =10

回 と す る

 2

5 デ

タ解 析 法  X

Y レ コ

に 記 録し た N

10回 目の軸 応 力 σ。

軸ひずみ εαの ヒ ス テリシス ル

プから

せ ん断 剛 性

G ,

せ ん断ひみ γ

減 衰 定 数

h

を 下 式に より算 出 する

÷

……一 ・

…一 …一一 ・

……

川 ・一

i

ea

……・

…・

……一 …一 …・

………

≒」

……・

……・

一 ・

…………・

………

(・)  こ こ で,

AW

:損失エ ネル ギ

       

W

:ひずみエ ネルギ

な お

上 式 中の ボア ソン比 レ は

y

O

45と仮 定し

G

, γ を求め た。 表

2 各供試 体の実験条件 供 試 偉 置隙 比 o 栂聖圧

( ノcの 鱈圧密 昆 o

厩 露”閉 し

【分》 A

1L4571  01

0 亀8ゆ へ

2 且

5D2L  石 幽

0 亀BD A

3 」

5匸72

Q1

O ■80

4L  4633

01

o ■8Ω

A

5 ■

4204

01

0180 臼

12

273L  oL  o ■20 B

22

071

0L  Q ぴ60 B

32

2351

0 「

0 B

42

33

1

oL  O 「440L440 C

匚 1

366L  O4  0   

   300 C

21

4臼31

06  0         300 C

3 }

295 塵

o8   0        300 9

o 

i

  諸oo c

4 匹

2821

0 D

1L  593L  o1

0200 匹

亀522

o1

O2 硯0   D

2

  D

日 1

4053

oL  O240 D

41

3窮65

oLO240 O

5 ■

5372

oL

o36Q D

6L  49 匸 2

α L

o600 D

7L  5322

oL

oL440 o

8 幽

56Bh  o3

0         2屯0 D

91

526L

 

D4

0   

   240 [1

幽QL

496 」

1,

6

0          2環o   G‘」

暫’G

} 700600500 ら00300200100       1 10

s    le       10

1     10

2     (a > σnシリ

ズ   c【

r

う ↓50     10D so 10

1   10Pg    IO

−!

   le

2     (b) tcシ リ

ズ      図

2 C

γ 関係 T   GtLstto

〕 5De400leo20DLeo Y 冖 … L

一 98 一

(3)

 

3,

室 内 試 験 結 果 と考 察  

3.

l 

G 〜

γ

 

h 〜

γ関 係

 

σ

tc

,0 .

C

 R

シ リ

ズに よ る G

γ 関係の 結 果 を 図

2に

h

γ関 係の 実 験 結 果 を 図

一3

に示 す

2より γ の増 加に伴い

G

が 低 下 し, σ。

,tc,

0

C

R

が 大 き く な る とG が増 加す る傾 向が分か る

3より γの 増 加に伴い ん が増 加 する傾 向が分か る

 

3.

2

 Hardin

−Drnevich

モ デル9 }の適 合 性  

Hardin−

Drnevich モデル (以 後

 H

D モ デル と 略 称 す る)は

,±

の応力 とひず みの関 係 を双 曲 線で表 示し

せ ん断 剛 性比

GIG

。と γの 関 係 を (51 式, 減 衰 定数       岫

h’

を (6 >式で現して い る。

G

     

l

a

1+

7

/、

7

”’

”…

 

… ”… ’

”… ’

(5)

H

i

8

1

……・

…・

……・

…・

…一 ・

(・) こ こ に

,Go

初 期せ ん断 剛 性

   

70

5 :規準ひずみ (G/

Go=O.

5の時の γ)    

hmax

:最 大 減 衰定数 (G/Go

0の時の

h

 

な お

文 献9〕で は

規 準 ひずみ r。

sを rrと表 現 し てい る が

本 報で は

γ

を 7。

5 と表 記す る

 図

4および図

5は

5

式, (

6

) 式の関 係 と実 験結果の対 応を示し た

各 図 中の実 線は (5 )式

(6) 式の 係 を示して い る

4

5 よ りH

D モ デ ルで定 義さ れ る (5)式, (6)式の 関係が実験 結 果と 適 合 性が高い こ と が分か る。 これは

,H − D

モ デル の 3 っ の パ ラメ

タG。

7。

5

x を適切に決 定すれ ば 任 意 の γ にす る

G

h

(5)式

6

)式に よ り精度 良く評 価で き ることを意 味して い る

 3

3 最大減衰 定 数 hmax

 

各 試料に 6) 式 を 仮 定め た ん   x と a。

tc

O .C.R .

の関 係を示 し たのが 図

6か ら 図

8で ある。 これ らの 図 より

hmax

は試 料によっ てその値は異な る が

試料にして σ。

,tc,

0

 C

 R

の 変化 に よ ら ない ほ ぼ

定 値と な ること が分か る。  3

4 損 失 率

G

と せ ん断 剛性

G

の関 係10 ]  等 価 線 形モ デル は

あ る

G

h

値 を もの応 力 とひずみ の関 係 を複 素 数を含む次式で表 現して い る

 〒

G

iG’

}γ

tt・

tt−・

 

tt・

 

tt・

 (7 }   hD

20

0

15 D

10         O

05o

 1      (a > σ oシ リ

ズ 1

o

GtCo o

10

3   10    10

1    1     10Y 〆Yo

s       (a )σ0シリ

ズ   hO

20 D

0

0

0

0o

  10

s   IO

−」

    10

3    10

2Y       (b)  t eシ r丿 

ズ LO o

5 0

O GfC

3 h

γ関係 A試 抖 B試科 〔5〕式

τ

の ●  120 図   ,60 口  ↓骸0O    L砲40 o

3  10

2  10

  1 OY Y   hO

20   (b)  t c シ リ 

 ズ 図

4 G/G

γ/γ

5関 係 0

15 Yo

s   hO

2 O

10 0

0

05 o 0

I 0

1

o

0

      (c)0

C

R

シ リ

ズ 〔;lce

一一・

(6}式 o

05000 1123 転 ● 0000 0

0  0

O         O

5       (a ) σD シ リ

ズ o  

にユの 昌 

ll3

呂 }謡

1

o

  lO

1 10

2  10

1  1     10Y /To

s       (c > 0

C

R

シ リ

ズ e

Is 0

10 O

05  G/GOo

o l

O B試科 口轟a   O

(6 )式 o

o          e

s      (b) t

シ リ

ズ     図

5 h

G/

C

。関 係   ho

2eo

15 0

IO0

05 OG / 60

〇 〇 DG 〆 60 」 L

99

(4)

 こ こ に 

i

:せん断 応 力の複素表 現         γ :せ ん断ひずみ の複 素 表現         G

:損 失 率

i

ψ=  (7) 式 中の損 失 率

Gt

G ,

んの 関 係は, 近 似 的に 次式が成 立する

 G

2Gh

…・

……・

……・

…・

…・

…・

……・

…・

……

(8)   (8 )式に H

D モ デル の (6) 式を代 入 し

両 辺を G。で除す と次式を得る。

・・一

£

1

一 …・

一・

………・

……・

(・)

x =G

G

。,

Y =G

G

。と置くと (

9

)式は次式と な る

 

y

2hmax・

X

1− X

 (10 )   (10 )式は

X

= O

5で極大値

Y

hma

./2と なる放物 線 を 表し, ん  の値に よっ て

義 的に決ま る関 数であ る

そこ で

各 試 料 別に求 め た

hmax

の平 均 値 を (9) 式に代入 し そ の関 係を図

9に実 線で示し た。 ま た図

9に は

,G

G

。と

GIG

。の 関 係を示す実 験 結 果を合わ せ 示し た

一9

の各図 よ り

若 干ばらつ き は あ る も のの 実 験 結果 は(9}式の放 物 線に沿っ て 分 布 してお り

(9) 式の関 係が実験結果 を良く 近似 してい ること, さ らに そ の関 係が σ。

tc

0

C

R .

の影響を受け ない ことが 分 か る

 3

5

  損 失 率

G

と拘 束 圧 σ。の関 係  (8)式の両 辺を間げ き比 e の関 数

F

(eす と 次式を得る

2

…・

…・

…・

…tt…・

…・

……・

  こ こ で ・(e)一 (

ll

182: 4 +ee )2

…一 …・

…・

…・

一 ・

…一

12  

h5

ro

1 h

  粘性土の間げ き比の関数

F

(e)につ い て は

対 象と す る e の範囲に応じてい くつ かの 験 式 が提 案さ れて い る が 本 報 告で は 既往の験式 と して

Marcuson,

WahlsM

が 提 案ず る (12) 式で表さ れ る

F

(e}を 採用 し た

 図

10お よ び図

11は (11) 式 中の GIF (e)と h にっ い て拘 束 圧 a。 との関 係 を示し た

両 図よ り

実 験 結果は両 対 数 紙 上

直線 関 係にあることか ら 下式 を 仮 定 す る。

・(・)・

r

…………・

…・

………・

……・

……・

13

)   h

B(γ)σ晉

 

 14  こ こ で  A(γ}

,B

(γ):γ によっ て変 化 する実 験 係 数         m n :σ。のべ き乗 数   図

10より

直 線の傾きm は 0

5に近い値 を示し

γが大き く な る と m は わずかに増 大す る傾 向が ある

, 図

11 よ り 14 )式の べ n 0 を示 し h に与え る σ 。の影響が小さい こと が分か る。 (13)式, (14)式 を (11 )式に代入 す る と次 式 を得る

α n

……一 ・

……・

……・

一 ・

……

15

)  こ こ で  

C

γ):γに よっ て変化す る実験係数  図

12は

(13 )式

〔14 )式 を仮定 し最 小二 乗法に より求め たべ き乗 数 m

n か ら (15)式の べ き乗 数 m + n を求め

m +n とγの関 係を示 し た。 図

一12

より ア 〈5×10

aの微 小ひ ずみ レベ ル で は

m + n の値が近 似 的に 0

5と み な せ るこ と が 分 か る

そこ で ア= 5×10

4 で の損失 率

G

F

(θ)と

fi

規 準化し た次式で 義され る

Lc

と圧 密 時 間

tc,

過 圧 密 比

0 .

 

C .

R .

の 関 係 o

2 o

1 0

0

p

aOA

1

2

3

4

5 ■D

1

2

3

4   1

0   2

0     5

O       σ

〔kgf’・m

) 図

石 hn

 

 ae 関係 0

3 0

2 o

1 D

o

a

n

口B

1

2

3

4 0D

s

6

7 100     200      500   1000        止c⊂min ) 図

7hmax

 t

関 係 o

3 0

2 0

1 o

o hq

’ .

nyz

t− ,。 △ C

1

2

3

4 ◆D

5

6r7 Gワc

  A 隲 科 GVCp     4

D     6

0      8

0    070       0

C

R

8 hma

O

C

 R

関係 0

10G

/Ce O

to o

05 ゜

8

。       両  

30

。 。 . o ♂   c

式 θ 9 馳 050D σ LLL 恥 齔 ● OOOO       ctCD     o

5            1

o (a ) ao シ リ

ズ 0

10 0

05 0

0    0

S    L3 /G

°

    (b) tcシ リ

ズ   図

9 G7Ge

G/G。閧 係 0

05 9 ! GO

OOO ズ

丿 シ 匿 CO ) C (

 

100

 

(5)

も   鐸   M 色 F ! G

師 oG150   2010 …

lll

・試・

2

ill

1

    1

0  2

0     5

O        σD (kgf/cm2 ) 図

10 GIF (e)

σ 。関係 h 0

20O

10O

DS 0

02o

o工 ua ”

” “

一一一

畿 :

・試料

illl

  LD    Z

0     5

0       σo (k8f/cm2 ) 図

11h

σ 。関 係 を示し たの が 図

13 と 図

14で あ る

    

iG

!r

o

ee。5            

Lc

……・

……・

………・

…・

……・

(ユ6 >

F

(e)

 こ こ で 

IG

1

γ

o

ooo5 :γ

5×1『4 で の

G ’

 図

13と図

14より

(16) 式で定 義さ れ る

L

。が,

tc,

 

O ,C ,

R .

の影 響 を受け な い ほ ぼ

定 値とみ な せ る こと が分か る。 な お

国 生らωは

,一

次圧密終了以後の 粘 性 土 め 損 失 率

G’

が圧密時 間 中ほ と ん ど変化し ない と い う筆 者ら の実 験結果と同様な傾向を報 告してい る

 3

6  た  x

〜G

。関係お よ び

L

一G

。関 係  図

15と図

16は

D

試料にっ い てσ。, tc, ,

O.

 

C .

 R

シ リ

ズの験 条 件で求め た各 供 試 体の hmaxと G。の 関 係 お よび

L 。

Go

の関 係を示し た

両図よ り

σ。

 tc

0 .

C .

R .

化に応 じて

G

。 は 3倍 程 度 変 化 する が

hmax

Lc

様にばらつ き

 

G

。の 変 化に よ らない ほ ぼ

一一

it

値とみな せ ることが分か る

 3

7 室内試 験結果の ま と め  a。

,tc,0 .

C .

 

R .

を影 響 因子とす る各シリ

め た 室内試 験結果 か ら次の 4点が考 察され た

Lo o

5 m 十n ● ●A

1

2

3

5 ◇D

1

2

3

4 L

(;

IEei7EiT

)  (1 )

G

h

の ひず み依 存 性は

H

D モ デル の (5) 式 と (

6

)式によっ て定 式 化でき

両 式の関 係は

a。

tc

0

C .

 

R .

の変化に よ らず近似的に成 立する

 (2 )H

D モ デル の (6) 式に よっ て 定 義さ れ る 九  は, σ 。,

t

。 ,

0 .

C 、

R .

お よ び

G

。の変 化によらず

ほぼ

定 値とみ な せ る

 

3

G

G

係は

,Ge,

ん  を介して (

9

)式 で関 連づ け られ その 係は, σ。,

tc

, 

O .

 

C .

 

R .

の変 化によ らず 近似 的に成 立す る

  (4) (16) 式に よっ て定 義 さ れ る規 準 化し た損 失 率

Lc

 

tc,,

 

O .

 C

R

よ び

G

。の 変 化に よ らず

ほ ぼ

定 値と み な

  4

原位置に おける C とhの ひずみ依存性の推定法  4

ユ 規 準ひずみ 7

sの推 定 式   原 位 置にお け る粘 性 土 地 盤に

H − D

モ デル を適 用 す る場 合 原 位置での初 期せん断 剛性

G

。, 最大 減 衰定 数

hmax

, 規準ひずみ 70

5 の 3つ のパ ラメ

タを決 定し な け れ ば な らな い

これ らのパ ラメ

タ の内

G, は原 位 置 試 験の

S

波 検 層に よる せ ん断 波 速 度 Vsか ら (1)式に よっ て求 まる。 また

ん  は室 内 試 験に より原 位 置に 適 用 可 能な試 料 固 有の物 性 値と して求め ら れ る。 し た がっ て

原 位 置で の 7e

5 が求め ら れ れ ば

  H

D モ デル に 必要 な 3 つ の パ ラメ

タが 決 定さ れ る

Hardin,

Drnevich

は9冫

規準ひずみ 7。

、を次式に よ り定 義し てい る

  70

s=

τmax /

Go ・

一・

 

−9・

 

一…

 

一…

 

r・

 (17>  こ こで τ  x ;せ ん断強度  上 式 中の

G

前 述 し た ご と く

S

波検層に よ る 原位 置 試験か ら求め ら れ る。

一一

方, τma. は不か く乱 試料を 用いた室内試 験に よ る実測 値を用 いること が望ま しい と さ れてい る が

原 位 置に お け る 長 期 圧 密 や 過 圧密 履歴を e

Ole

9           10

t           10P2       r      図

12 m +n

7関係 a

2 0

1 e

o

n

一 一 〇       口 OB

1

2

3

4 ◆D

5

6

ア 100    200500    1000 L

t顧  

09

) 0

2 o

1 O

O

一一

’L

− 一

一       △ 口C

恥2

3

4 ◆D

8

9

LO 図

13L

tc関係 tc(min ) 2

0   4

0   6

0   8

D  IQ

0       0

R

14 L

O

C

R

関 係 o

3 0

2 O

1 o

o h

x

◆D

1

10 ZOO 40D 図

15 hm

G。関 係   Lじ(kf /em ) 6

G 4

o 2

0 o

o

◆D

Z

−.

le   600Go (kBflcm2 > 200 400 図

16 L

G。関係   600Gq (kB正c団 z

 

101 一

(6)

忠 実に再 現 し た 正 確 な値を室内試験 で求め るこ と は容易 なこと で は ない

さ らに

Hardin

ら9} は, (

17

)式で定 義 され る規準ひずみ7。

sをパ ラメ

タとす る

H − D

モ デル の (5)式

(6)式の評 価 式 は

室 内 試 験による実験 デ

タと必ずし も良い

致 を示さ ない ことを報告し てい る

 そこ で本 節で は

前 節で求めた室 内試 験 結 果の内

圧 密 時 間と過圧密 比の影 響を受けな い物 性 値 hma、

  Lc を 用いて原 位 置の

ro.

sを 推 定する推 定 式 を誘 導する。  (9)式に H

D モ デルの 5 )を代入 し

γ

10−

4 と お く と 次式 を得る。        0

0005/70

5  

iG

}γ

。。。、= ・

2G

。ん        (1十 〇

0005/γし5)2        

 

一・

 

t・

 

t

(18)   (18)式に (16) 式を代入 し式 を整理 すると

7

5 は

2 次 方 程 式の根と して次 式で与え られ る

7… −

O.

5

。、

1

F、。,

la

 

 

 

………・

…・

…・

19・  ここ で  

F

(e

4.

4−

e2/ (

1

十e

     

G

。≧

2L

F

(2)

/ん

 

 したがっ て

室 内 試 験に よ り圧 密 時 間

過 圧 密 比の影 響を受 けない

hmax,

 

L

の値が既 知な ら ば

7。

s は

G

 e

ao の関 数と なり (19)式に より求め ること がで き る。  4

2 推 定 結 果 と実 験 結 果の比 較  室 内 試 験 結 果に (19 )式を適 用 し

(19 )式の妥当性 の証 を 試み る

3に示 し た各 試 料 別の hmax とLc の平 均 値九  ,

Lc

定 値 と , 各 試 料の

G

  e

σ。 を (19) 式に代 入し, r。

5 の推 定 値 を 求め た

7。

5 の推 定値c7。

sを実 験 値 T7。

s に対 しプロ ッ ト し た の が図

17 で ある。 図

17より

(19)式により求め た推 定 値は

45° の線に沿っ て分布し

実 験値を ほ ぼ近 似して いる こと が 分 か る

 

H− D

モ デル によ る

G 一

γ関 係は (5 )式に よ り, ま た

h一

γ関 係は (

6

) 式に (5)式 を代 入す ることに よ り, 次 式で表現で きる

       1            

t−…

 

t・

 

t・

 (

20

>  

G

Go

        1十γ

5       γ/70

s        

 

け一

 

t−・

 

一・

 

s−・

t・

(21)  

h =

hma

         

1

十 γノ%

5

 

20

>式と (21 )式に おい て

,Go

とhmax が実 測値と し て既 知な ら ば,

H− D

モ デル の モ デ ル曲 線が

ro.

sの推 定 値 cr。

s を両式に代入 す ることに よ り定 式 化できる

そこで

,G 。

に実 験値 を

 

hmax

に表

3に示 した

hm。

Xを

7e

s に (19 >式に よる推 定 値。

r

s をそ れ ぞ れ (20}式と (

21

>式に代入 しモデル曲 線 を求め

2および図

3に 実線で示 した

2 より

(20)式に よる G

γ関 係の モ デル曲線が広い範 囲の ひず みに対して実 験結果 を

102

3  各 試 料の hmax

 L

試 科 名 A試 科 B試科 C試科 D試科 羸 0

1640

166  0

L5置 0

179 歴 3

6353

06L  3

5324

308 ⊂γ D

E (xlo

4

o 3

o 2

o LO o A蹴 麟 ロ B駄 科 △ c試 科        □凸 ◇ o試桝       △ 口         00       推 定 恆

実 験 恒 % o ◇ O

0       1

0   2

0    3

0    4gO  

γo

5       (x1O

s

17 ro

の推 定 値と実験値の 良く近似し て いる こ とが分か る

また

一3

よ り

(21) 式に よ る

h

γ関 係の モデル曲線

実験結 果と比 較す る と

部に若 干の差 異は み ら れ る もの の

,h

の測 定 上の ばらつ き を考 慮す れ ば

験 結 果の全体 的な変 化 傾 向を 近 似し て いる と考 察され る

 

5

既往の研究と の対応   5

1 既 往の研 究に よ る補正法  原 位 置および室 内の両 試験か ら求め た初期せ ん断 剛 性

G

,Fと

G

。L に差 異が生じ た場 合

原位置の

0 〜

γ関係 を 推 定 する際の室 内 試 験 結 果の補正 法に関す る既往の 研究 と しては

以 下の 3種 類え方が あ る。 た だ し

,G

,,

G

。 は原 位 置お よ び室内に お け る任 意の γに対す る せ ん 断 剛性と す る。 [補正法

1

]:

Anderson

らのa) , 圧密時間による

G

の増 加 量 AG が γ の大きさ によらず

定で あると し

下式に よ りG,を補正す る方法

 (}F

=G

,十AG

…・

…・

…・

………一 ・

……・

…………

(22)   こ こ で  

AG =GOF− GDL

とする  [補正法 ∬]:吉田ら5」

国 生ら6 )の研究は

圧密 時間お よ び過圧密 履 歴に よ る G の増 加

ま た善ら7}研 究二 次 圧 密に よる

G

の増 加が

G

,に比例し

補 正 率 (比例定 数 )θが γの大きさ に よらず

定で あると し

下式に よ りG,を補正 する方 法

 

GF=G

,Xθ

…一 …………・

…・

………・

……・

…・

(23)   こ こ で  θ=

G

F

G

L と する [補 正 法   ]:Larkin ら の 研 究3) ,  C。F と (}。、 の差 異 が試 料の乱れに起 因する と し

補 正 率 θ(γ)を図

一18

に示すよ うに γ の 対 数 軸に応 じ て直 線 的に変 化する と 仮 定し

下 式によ り

G

を補正 す る方 法

(7)

  GF

G,× θ(γ}

一・

 

 (24)   こ こ で γ≒IO

6 の時 θ(γ)

=G

。F/

G

。L         γ≒10

2 の時 θ(γ)

1

0

 と す る

 

5

2

 

既往の補正法と本 推 定 法の適 用 例の比較  

G

。}と (]aL  

O

両 者の比

G

。F/

G

。,;

2.

 

O

の差 異が生 じ た 場 合に つ い て

供 試 体 番 号

D −

7の 室 内 試 験 結 果を適用 例とし

既 往の補 正 法と本推 定 法に よ る

G

广

関 係の 各 推 定 曲 線につ いて比

す る

一19

に室 内 試 験に よ り求めた

D −

7の Gi

 

 r関 係の実 験 結 果と実 験 曲 線

示 す。 こ こ で

G。L は図

19に示し た

G

γ関 係の実 験 曲 線からγ

10

6の

G

を 外挿し求め た値

,G

。,

323

56

kgf

/cm2 と し,

G

。F は

G

。L の 2倍

 

G

。s

2XGoL

647

12kgf/cm ε と する

  推 定 曲線

1

正法

1

に よる方 法

G

の 増 加分

AG

を, △

G =Gw’

− G

。L

=323.

56 kgf/cm2 とし図

一19

G

γ曲線 を (22)式により補正し た曲線

 

推 定 曲 線

ll

正 法叮によ る方 法。 補 正 率θを, θ

G

。F/

G

。L

2

0

とし図

一19

G

γ曲 線 を (23)式によ り補 正し た曲 線

 

推定曲線皿 :正法

nI

に よる方 法。 γによっ て変化す る補正率θ(γ)を図

18か ら求め

19の

G

γ曲 線を (24 )式により補正し た曲 線

 

推 定曲線

IV

本 推 定 法に よる方 法

 

GOf=647.

2

kgfcm2 に対 応す る7。

,の推 定 値 。7。

s を (19) 式によ り 求める

次に

(20)式を 原位置に適 用し下 式に よ り G.

γ曲 線を求め る

         

G

。}

 

G・

1

γ/

r

… ”

… ’

tt”… ’

””’

… ttt

””

25   図

19に

上記の 法に よ り求め た各 推 定 曲 線の比 2

0 1

0 θ(r) 0

0  10

610

51 。

」 10

310

10

・        7        図

18 θ(γ)

γ関 係 800 600 400 200 G(kgficm2)  10

s IO

s lO

4  10

3  10

2  10

I       r 図

一19

 CF

−一

γ関係の各推 定 曲線の比較  

  he 25O

20O

150

10O

05o

 10

s  工0

5  10

 10

s 10

2 r 10

1 図

20 酬

γ関 係の推定曲線 較を示し た

19 よ り

本 推 定 法に よ る推 定 曲 線

IV

は γ

10

6

10

3 の範 囲で推 定 曲線

1

に近似し

,一

方 γ

=IO

3

10

2 の範 囲で は推 定 曲 線

1

ll

の間にあ ること が 分 か る。 こ の傾 向は

実 際に長 期 圧 密さ れ た原 地 盤の

G 一

γ曲 線 は

推 定 曲線

1

ll

の中 間 的な曲 線であろ う と す る龍岡の12)と符 合して い る

 ま た

原 位 置に お け る減 衰 定 数の ひず み依 存 性は

(21) 式 を 原 位置に 適 用 し た下 式に

先に求め た cr。

s と hma. を代入 し求め るこ

ζ

が で きる 6        γ/c70

5

h

=h

1 +〃 、7。

”… ’

… ’

”… ’

”−’

”“’

26

 図

20 は

D −

7につ い て室内試 験か ら求め た

h

γ 関 係の実 験 結 果 と (26)式に よ る 毎

γ関 係の推定曲 線の比 較を示 し た

た だ し

毎,

h

,は原 位置 お よ び 室

       ヒ

内に お ける任 意の γに対す る減 衰 定 数と す る

 図

一20

よ り

長 期 間の圧密ある い は過 圧 密 履 歴 を受 け た原位置 地 盤の

小さ な ひずみ レベル に お いて

室内 試 験で求 め た

hr.

よりも か な り小さい こ とが推 察され る

     

t.

t

 

6,

結   び

 

本 報 告は 原 地 盤で長期圧密およ び 過 圧密 履歴 を受け       ノ た粘性土の動 的変の推定法を提案し た。 本 報 告の 内 容 を整 理す る と以下の と お1り であ る

     

tt

 (1)拘 束圧 σ。

圧密 時 間 tc

過 圧密比0

C

R

を 影 響因子と す る不か く乱粘性 土の 動 的 試 験 結 果か ら

(5)式

(6 )式お よ び (9 )式の関 係は

実 験 結 果と 適 合 性が高く

ま た それ らの関 係 は, σ。

t

, 0

 C

 R

の影 響 を受け ない

さ らに (

6

)式, (

16

)式で定 義さ れ る

hmax,

  L

  tc

,0 .

C .

R .

の影 響 を受け ない こ と が考 察さ れた。   (2 )上 記の実考 察を基に

H

D モ デル の 規 準ひずみ r。

s の推 定 式を提案し

推定式に よ る推 定 結 果 と実 験 結 果の整 合 性を考 察し た。  (3 )本報で提案す る推定法 の原 位 置 地 盤へ の適 用 例 を示し, 本 推 定 法と既 往の補正 法を 比較検討し た。  な お

本推 定 法は

原位置お よ び 室内試 験か ら求め た 初期せ ん断 剛 性

G

。F と

G

。L の差 異が

室 内 試 験 を実 施す る際の長期圧密お よ び過 圧 密履 歴の応 力 状 態の再 現 性に

103

(8)

起 因す る とい う前 提づ いて い る。 し た がっ て,

G

。F と

Get

の差 異の原 因が

試料の 乱 れ の影響に よ る場合に つ い ては

本推定法は適 用で き ない

試料の 乱れの響 を考 慮し た推 定 法につ い ては

別のに報 告す る予 定 であ るe   謝   辞   本 論 文 を ま とめ るに当た り

日本 大 学 大 学 院 生の 丸 隆 宏 君と森 田仁 彦 君の献 身 的な協 力を得た。 こ こに記し謝 意を表し ま す

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237

(9)

SYNOPSIS

UDC:624.131.55:624.131.2

PREDICTION

METHOD

ON

DYNAMIC

DEFORMATION

PROPERTIES

OF

CLAYS

JECTED

TO

LONG

TERM

CONSOLIbATION

AND

OVERCONSOLIDATION

HISTORY

Estimation

method on

dynamic

deformation

properties

of soils

(

I

)

by

TOSHIO ADACHL Assistantof NihonUniyersityand Dr. AKIRA ENAMI, Professorof NihonUniversity,Merpbers of A.I.

J.

Inanalysing earthquake response of the ground, itisnecessary to estimate the dynamic deformation

properties

c

of soilswith ttse of thein$itusei$rnic survey and

laboratory

test.

In

practice,shear moduli atsmall strain

levels

are measured

from

the insitu seismic survey, on the other

hand

strain-dependent changes of shear modull and

damping

ratios are measured

from

the laboratorytest.Then, inorder to correlate these two testresults of the in

situ and

laboratory

with each other, shear moduli at small strain

levels

measured

from

the insitu and

laboratory

testare needed,

According

to theprevious studies

dealing

with the comparison

between

these two testresults,

however, targe

differences

between

the insitu and

laboratory

shear moduli were observed

in

the case of the

firm

clays and

dense

sands. Itisconsidered thatthese

differences

may

be

attributed mainly toeffects of sampiing

dis-turbance,

long

term consolidation and overconsolidation

histories.

In

this

paper,

the authois

proposed

theprediction

nyethod

on the

dynamic

deformation

propertiesef clays sub-'

jected

tolong termconso}idation and overc'onsolidation

histories.

This

method

i$

based

on the

hyperbolic

stress・ strain,relationship, which

is

called "the

Hardin-Drnevich

moclel".

The

results estimated

by

the proposed method were

in

good agreement with theobserved results

by

the cyclic triaxial test,which were performed

io

investigate

theeffects of confining pressures,consolidation timeand overconsolidation ratios on strain-dependent changes of shear moduli and

damping

ratios of clays.

Finally,theapplication ofthismethod tothe

in

situ

dynamic

deformation

propertieswas given and at thesame

time the strain-dependency curves of shear moduli and

damping

ratioS predicted

by

the proposed method were

compared with thQse

by・the

correction methods of othe[ investigators.

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