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
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 (
1
>
正 会 員 正 会 員安
榎
達
並
俊
夫
*昭
**L
序 建築構造物の地震被 害の様相が,
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 ボー
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
は,
原位置の 初期せ ん断剛性G
。F と み な さ れ る。一
方,
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
と減 衰 定 数 hの ひずみ 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一
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 ことは避け得なし一
方,
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 報告の一
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 # 日本大学 教 授・
工博 〔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 が一
致 し ない 場合が多い。 安 田 らz},
Larkin ら3}は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 ]の 研 究がある。 しか し な が ら, それ らの 補正 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 性の 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 圧一
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 サー
ボ式の動 的三軸試 験 土哄 試匿匕
ス ト ン 図一
1 試験装 置の主 要 部 分一
97
一
装 置で ある
。
装 置の主 要 部 分 を図一
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 トン 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 圧を同一
周 期で載 荷す る ときは,
位 相 差 を0
°一
一
360
° で任意に設定で 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 リー
ズの実 験 条 件を以 下に示 す。 (a)a。シ リー
ズ ;a。=
1.
O,
1.
5,
2.
0,
3.
0,
4.
0,
5.
O kgf/cm2 を等 方圧で加え一
次圧密 終 了 後,
動 的 試 験を行 う。 (b
)tcシ リー
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 .
シリー
ズ :先行 圧 密 応 力 P。ニ
4.
O, 6.
0, 8.
0,
9.
Okgf/cmZ を等 方 圧で 加え一
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 を表一
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 表一
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 (國
冫 盻分 シ乃
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.
潤ヤ
司3、
25100.
O C賦料 5.
ト 6,
035.
03 ?、
2 η.
82、
022.
92噌
28.
789R.
0〜
100、
0 D賦科 ■.
5嚊
2卩 5.
428、
日 64,
82.
7 断 35.
πト‘2.
7992、
0噌
IDO.
o 圧 σr を 同一
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 デー
タ解 析 法 X−
Y レ コー
ダー
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 ルー
プから,
せ ん断 剛 性G ,
せ ん断ひずみ γ,
減 衰 定 数h
を 下 式に より算 出 する。
・一
嬲
÷
……一 ・
・
…一 …一一 ・
・
……
川 ・一鵠
i
・
ea……・
…・
……一 …一 …・
………
(・) ・≒」
・
望
・
……・
……・
・
一 ・
…………・
・
………
(・) こ こ で,AW
:損失エ ネル ギー
W
:ひずみエ ネルギー
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。 表一
2 各供試 体の実験条件 供 試 偉 置隙 比 o 栂聖圧汀
圃
( ノcの 鱈圧密 昆 o.
‘.
陸.
厩 露”閉 し‘
【分》 A−
1L4571 01.
0 亀8ゆ へ一
2 且、
5D2L 石 幽、
0 亀BD A−
3 」.
5匸72.
Q1.
O ■80.
八一
4L 4633.
01.
o ■8Ω一
A−
5 ■.
4204.
01.
0180 臼一
12.
273L oL o ■20 B−
22.
堪
071、
0L Q ぴ60 B−
32.
2351、
0 「.
0 B−
42.
33匡
1.
oL O 「440L440 C一
匚 1.
366L O4 0圏
300 C−
21.
4臼31.
06 0 300 C−
3 }.
295 塵.
o8 0 300 9.
oi
諸oo c−
4 匹.
2821.
0 D−
1L 593L o1.
0200 匹.
亀522.
o1.
O2 硯0 D−
2一
岫
D一
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.
526LD4
.
0ヒ
240 [1一
幽QL、
496 」.
1,一
6.
0 2環o G‘」.
暫’G●
汁
} 700600500 ら00300200100 1 10−
s le 10’
1 10−
2 (a > σnシリー
ズ c【匡
臨
r’
写
●
う ↓50 10D so 10−
1 10Pg IO−!
le’
2 (b) tcシ リー
ズ 図一
2 C〜
γ 関係 T GtLstto■
」
〕 5De400leo20DLeo Y 冖 … L一 98 一
3,
室 内 試 験 結 果 と考 察3.
lG 〜
γ,
h 〜
γ関 係σ
。
,
tc,0 .
C.
R.
シ リー
ズに よ る G〜
γ 関係の実験 結 果 を 図一
2に,
h
〜
γ関 係の 実 験 結 果 を 図一3
に示 す。
図一
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。
図一
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 >式で表現して い る。G
l
a
=
1+7
/、7
。.
,”’
’
”…
鹽
’
… ”… ’
”… ’
鹽
’
(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。
図一
4および図一
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 関係 を示して い る。
図一
4,
図一
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 ラメー
タG。,
7。.
5,
妬巴
x を適切に決 定すれ ば 任 意 の γ に対す るG
とh
が,
(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 定し求め た ん x と a。
,
tc,
O .C.R .
の関 係を示 し たのが 図一
6か ら 図一
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,
同一
試料に対して σ。,tc,
0.
C.
R,
の 変化 に よ ら ない ほ ぼ一
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
とh
の 値 を もつ 土の応 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
十iG’
}γ・
・
tt・
・
tt−・
…
tt・
・
・
・
・
・
・
…
tt・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(7 } hD.
20.
0,
15 D.
10 O,
05o.
1 (a > σ oシ リー
ズ 1.
o.
GtCo o.
10−
3 10 10−
1 1 10Y 〆Yo.
s (a )σ0シリー
ズ hO.
20 D、
0.
0.
0.
0o.
10−
s IO−」
10−
3 10−
2Y (b) t eシ r丿一
ズ LO o,
5 0.
O GfC。
図一
3 h〜
γ関係 A試 抖 B試科 〔5〕式τ
巳
〔飢
の ● 120 図 ,60 口 ↓骸0O L砲40 o−
3 10−
2 10一
監 1 工OY Y hO.
20 (b) t c シ リー
ズ 図一
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 リー
ズ 〔;lce一一・
(6}式 o囗
な助
05000 1123 転 ● 0000 0.
0 0.
O O.
5 (a ) σD シ リー
ズ oヒ
コ
にユの 昌ll3
呂 }謡1
o.
lO−
1 10曹
2 10−
1 1 10Y /To、
s (c > 0.
C,
R.
シ リー
ズ e.
Is 0.
10 O.
05 G/GOo.
o l.
O B試科 口轟a O一
(6 )式 o,
o e.
s (b) t。
シ リー
ズ 図一
5 h〜
G/C
。関 係 ho,
2eo.
15 0.
IO0.
05 OG / 60一
〇 〇 DG 〆 60 」 L一
99
一
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=丁 (7) 式 中の損 失 率Gt
と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。告
一
・・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 て一
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 係を図一
9に実 線で示し た。 ま た図一
9に は,G
’
/G
。とGIG
。の 関 係を示す実 験 結 果を合わ せ 示し た。
図一9
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)で 除す と 次式を得る。
論
一
2ゐ
九・
…・
…・
…・
・
・
…tt…・
・
…・
……・
・
…
仙 ) こ こ で ・(e)一 (ll
’
?
182: 4 +ee )2…一 …・
…・
…・
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 実験 式 が提 案さ れて い る が, 本 報 告で は, 既往の実験式 と してMarcuson,
WahlsM
が 提 案ず る (12) 式で表さ れ るF
(e}を 採用 し た。
図一
10お よ び図一
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。ゐ
一
・(・)・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 図一
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。
一
方 , 図一
11 よ り (14 )式の べ き乗数 n は 0に近い値 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。
ゐ
一
α・)… n……一 ・
・
……・
・
……・
一 ・
・
……
(15
) こ こ でC
(γ):γに よっ て変化す る実験係数 図一
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
’
をF
(θ)とfi
で規 準化し た次式で定 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,
0p
aOA
,
1.
2,
3,
4,
5 ■D・
’
1.
2,
3.
4 1.
0 2.
0 5.
O σ・
〔kgf’・m:
) 図一
石 hn、
、
,
、
一
ae 関係 0.
3 0.
2 o.
1 D.
oa
n
口B−
1,
2,
3,
4 0D’
s.
6,
7 100 200 500 1000 止c⊂min ) 図一
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,
図一
8 hma〜
O.
C.
R.
関係 0.
10G’
/Ce O.
to o.
05 ゜・
8
,
。 両30
。 。 . o ♂ c鴨
式 θ 9 馳 050D σ LLL 恥 齔 ● OOOO ctCD o.
5 1.
o (a ) ao シ リー
ズ 0、
10 0.
05 0・
。.
0 0、
S L3 /G°
(b) tcシ リー
ズ 図一
9 G7Ge−
G/G。閧 係 0.
05 9 ! GO}
OOO ズ「
丿 シ 匿 CO ) C (一
100
一
も 鐸 M 色 F ! G
彰
師 oG150 2010 …{
:
;
:
lll
:
:
:
・試・{
2
;
:
ill
:
:
1
1.
0 2.
0 5.
O σD (kgf/cm2 ) 図一
10 GIF (e)一
σ 。関係 h 0.
20O.
10O.
DS 0.
02o.
o工 ua ”一
’一
’一
” “一一一
糠
欄{
:
畿 :
:
・試料{
:
;
:
illl
:
:
LD Z.
0 5.
0 σo (k8f/cm2 ) 図一
11h一
σ 。関 係 を示し たの が 図一
13 と 図一
14で あ る。
iG
!r−
o、
ee。5Lc
=……・
・
……・
………・
…・
……・
・
(ユ6 >F
(e)蒜
こ こ でIG
’
1
γ=
o.
ooo5 :γ=
5×1『4 で のG ’
図一
13と図一
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 ぼ一
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
一G
。関 係 図一
15と図一
16は,
D
試料にっ い て,σ。, tc, ,O.
C .
R.
シ リー
ズの実験 条 件で求め た各 供 試 体の hmaxと G。の 関 係 お よびL 。
とGo
の関 係を示し た。
両図よ り,
σ。,
tc,
0 .
C .
R .
の 変化に応 じてG
。 は 3倍 程 度 変 化 する が,
hmax
とLc
は一
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 る各シリー
ズで 求 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
と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,
ほぼ一
定 値とみ な せ る。
(
3
)G
’
とG
の関
係は,Ge,
ん を介して (9
)式 で関 連づ け られ, その 関係は, 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
は,
tc,,
O .
C.
R.
およ びG
。の 変 化に よ らず,
ほ ぼ一
定 値と み なせ る。
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 ラメー
タを決 定し な け れ ば な らな い。
これ らのパ ラメー
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 ラメー
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
。は,
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一
9 10−
t 10P2 r 図一
12 m +n〜
7関係 a.
2 0.
1 e.
o一
一
.一
・
一
一
一
“一
一
一
n−
,一
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
.一
’L− 一
・
・一
一
一 △ 口C・
恥2,
3,
4 ◆D−
8,
9,
LO 図一
13L。
−
tc関係 tc(min ) 2,
0 4.
0 6.
0 8.
D IQ.
0 0.
⊂匸
R,
図一
14 L。
〜
O.
C.
R,
関 係 o、
3 0.
2 O.
1 o.
o h.
.
x一
一
◆D・
1〜
10 ZOO 40D 図一
15 hm。
.−
G。関 係 Lじ(kf /em ) 6,
G 4.
o 2,
0 o.
o一
◆D・
Z−.
le 600Go (kBflcm2 > 200 400 図一
16 L。
〜
G。関係 600Gq (kB正ノc団 z)一
101 一
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 ラメー
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 デー
タと必ずし も良い一
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 )式を代入 し,
γ=
5×10−
4 と お く と 次式 を得る。 0.
0005/70.
5iG
’
}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
{
。、紜
・
築
1
+ F、。,la
・
瀰
・
………・
…・
…・
(19・ ここ でF
(e)一
(4.
4−
e)2/ (1
十e)G
。≧2L
。F
(2)而
/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 の検証 を 試み る。
表一
3に示 し た各 試 料 別の hmax とLc の平 均 値九 ,Lc
を一
定 値 とし , 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 が図一
17 で ある。 図一
17より,
(19)式により求め た推 定 値は,
45° の直線に沿っ 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。
1t−…
t・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
t・
・
・
・
…
(20
>G
;
Go
1十γ/%.
5 γ/70.
s・
・
…
け一
一
・
…
t−・
・
・
・
・
・
…
一
一
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
に表一
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,
図一
2および図一
3に 実線で示 した。
図一
2 より,
(20)式に よる G一
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 を一
102
一
表一
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一
コ) 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て
γo.
5 (x1O−
s) 図一
17 ro.
、
の推 定 値と実験値の比較 良く近似し て いる こ とが分か る。
また,
図一3
よ り,
(21) 式に よ るh
〜
γ関 係の モデル曲線は,
実験結 果と比 較す る と一
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,
実験 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 類の考え方が 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
らの研究a)は , 圧密時間によるG
の増 加 量 AG が γ の大きさ によらず一
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}の研 究は二 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 よらず一
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)は , 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。
GF
;
G,× θ(γ}・
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一
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 (]aLO
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
广ナ
関 係の 各 推 定 曲 線につ いて比較
す る。
図一19
に室 内 試 験に よ り求めたD −
7の Gi.
一
・
r関 係の実 験 結 果と実 験 曲 線を
示 す。 こ こ で,
G。L は図一
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,一
方G
。F はG
。L の 2倍,
G
。s=
:
2XGoL=
647.
12kgf/cm ε と する。
推 定 曲線1
:補正法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
のG
[一
γ曲線 を (22)式により補正し た曲線。
推 定 曲 線
ll
:補正 法叮によ る方 法。 補 正 率θを, θ;
.
G
。F/G
。L=
2.
0
とし図一19
のG
,〜
γ曲 線 を (23)式によ り補 正し た曲 線。
推定曲線皿 :補正法
nI
に よる方 法。 γによっ て変化す る補正率θ(γ)を図一
18か ら求め,
図一
19のG
,一
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.
ユ2
kgf/cm2 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) 図一
19に,
上記の 方法に 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 図一
18 θ(γ)一
γ関 係 800 600 400 200 G(kgficm2) 10冒
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 図一
20 酬一
γ関 係の推定曲線 較を示し た。
図一
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
と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
とll
の中 間 的な曲 線であろ う と す る龍岡の推論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.
5h
・=h
… 1 +〃 、7。.
、”… ’
… ’
”… ’
’
”−’
”“’
…
(26
) 図一
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 毎一
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 妬 の値は,
小さ な ひずみ レベル に お いて,
室内 試 験で求 め たhr.
の 値よりも 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 的変形特性の推定法を提案し 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。は,
tc,0 .
C .
R .
の影 響 を受け ない こ と が考 察さ れた。 (2 )上 記の実験結果の考 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 性に一
103
一
起 因す る とい う前 提に基づ 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 乱れの影響 を考 慮し た推 定 法につ い ては,
別の機会に報 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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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 ondynamic
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 strainlevels
are measuredfrom
the insitu seismic survey, on the otherhand
strain-dependent changes of shear modull anddamping
ratios are measuredfrom
the laboratorytest.Then, inorder to correlate these two testresults of the insitu and
laboratory
with each other, shear moduli at small strainlevels
measuredfrom
the insitu andlaboratory
testare needed,
According
to theprevious studiesdealing
with the comparisonbetween
these two testresults,however, targe
differences
between
the insitu andlaboratory
shear moduli were observedin
the case of thefirm
clays and
dense
sands. Itisconsidered thatthesedifferences
maybe
attributed mainly toeffects of sampiingdis-turbance,
long
term consolidation and overconsolidationhistories.
In
thispaper,
the authoisproposed
thepredictionnyethod
on thedynamic
deformation
propertiesef clays sub-'jected
tolong termconso}idation and overc'onsolidationhistories.
This
methodi$
based
on thehyperbolic
stress・ strain,relationship, whichis
called "theHardin-Drnevich
moclel".The
results estimatedby
the proposed method werein
good agreement with theobserved resultsby
the cyclic triaxial test,which were performedio
investigatetheeffects of confining pressures,consolidation timeand overconsolidation ratios on strain-dependent changes of shear moduli and
damping
ratios of clays.Finally,theapplication ofthismethod tothe
in
situdynamic
deformation
propertieswas given and at thesametime the strain-dependency curves of shear moduli and
damping
ratioS predictedby
the proposed method werecompared with thQse