飽和砂の繰り返し一面セン断試験に関する実験的研究: University of the Ryukyus Repository

Title

飽和砂の繰り返し一面セン断試験に関する実験的研究

Author(s)

許, 光瑞; 加藤, 進

Citation

琉球大学工学部紀要(31): 31-39

Issue Date

1986-03

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12000/1988

Rights

琉球大学工学部紀要第３１号，1986年 3１

飽和砂の繰り返し－面セン断試験に関する実験的研究

許光瑞＊加藤進＊

AmExperimentalStmdyonRepetitio、al DirectShearTestofSaturatedSa、

ＫｏｚｕｉＫＹｏａｎｄＳｕｓｕｍｕＫＡＴＯ

Ｓｕｍｍａｒｙ ＴｈｅｕｓｕａｌｔｙｐｅｏｆｄｉｒｅｃｔｓｈｅartestappBLratuswasimprovedtobesheared repetitionallyinordertoobtaintheBLpproximatecharacteristicsofrepetitional

BhBarofsoils,TheauthorshavereportedformerlysomeresultsofdryBanduBing

theaboveapparatuaHerein，Bomeexperimentalresulｔｓｏｎｓａｔｕｒａｔｅｄｓａｎｄａｒｅ ｓｈｏｗｎｕｇｉｎｇｔｈｅＢａｍｅａｐｐａｒａｔｕｓ． TheexperimentwasconductedinthreekindofrelativedenBities(Loosestate： Ｄｒ=２５％,MediumstatG:Ｄ｢＝５４％,andDenseBtate:Ｄ『=７８％),andToyourauniform sandwasused・ThegheBLringtestareconductedinｔｗｏｃａＢｅＢ，ｓｕｃｈas：１）Single direcLionshearing,２）Repetitiona1BhearingunderagivendiBplacement． Thefollowingresultsareobtained:１)TheshearihgreBistanceTmincreasesas therepetitionalcyclesNincreBLsesdurmgthedisplacementofrepetitionofcycleB DI，（ｘｌＯ－２ｍｍ）ｓｍａｌ１ｅｒｔｈａｎ±１５０indenseBtate，±２００inmediumstato，ａｎｄ 土３００inloosestate,２）ThehystoricaldBLmpingfactorhobtaineｄｈｅｒｅｗａＢｉｎｔｈｅ ｒａｎｇｅｏｆｈ=26.0～31.5％、３).TheangleofBhearingresiBtancedobtamedafter repetitionalsheartestshowaslightmcreasecomparingwiththeBingledirection shearingwhentherepetitionaldisplacementwasconductedunderDH＝±５０～ ±100.TheincreasingoF‘couldbeconsiderasthedonBityincreasingCausedby therBpetitionalshearing． KeyWbrdQ：SaturatedSand，DirectSbearTest，RepetitionalShearmg， ExperimentalStudyDRelativeDensity，AngleofShearing Resistance，DBLmpingFactor． 受付：1985年１０月３１日 ＊琉球大学工学部建設工学科 稗本論文の一部は日本建築学会昭和60年度大会（1985.10）に発表したものである。

飽和砂の繰り返し一面セン断試験に関する突験的研究：許・加藤 3２ 1．まえがき 表－１試料の一般性質 取扱いの容易な－面セン断試験機で，砂の繰り 返しセン断特性を調べることが出来ないだろうか と考え，著者らは正負両方向への繰り返しセン断 の可能な繰り返し一面セン断試験機を試作し気 乾砂（豊浦標準砂）での実験結果を前報告I)で示 した。本報告はこれまでに発表してきた飽和砂で の実験結果⑳'3)と．補足して行った乾燥砂での実 験結果とをあわせて報告するものである。 ＬＯＯＳＥ ￣ ２５ 相対密度 Ｄｒ（彫） 密度 ７（gf/cm3） 土粒子比重 Ｇ９ ｉｉｌｔ大密度 rman(gf/cm3） 股小密度 ｒｍｍ(gf/cm3） 有効粒径 ＤＩＤ(ｍ、） 均等係数 Ｕｃ 1.403 ２．６５ － Ｌ６３８ 1．３３８ 2．実験概要 0．１３ ２．１賦験装蜜及び供賦体の作成方法 本実験に使用した試験装腫はiii報僑で示した繰 り返し－面セン断試験機である。なお，前報告に おける気乾砂での実験においては，供試体の上面 へセソ断力を伝達する板に黄銅製の歯形板をⅢい たが，今回は水を注水する必要性から，鑛一ラス ストーソの板を用いた。 供試体は表－１に示す豊浦標準砂を，気乾状態 でセソ断箱内に空中落下させて所定の密度状態に

詰め・供試体に垂直荷重を戦荷した後，せん断箱

内に水を注水し,作成した。なお，実験中はセン

断箱を水浸させた状態とした。各密度（Densa

Medium,Loose）の詰め方はフルイの網目，砂

の落下高さおよび単位時間当りの落下髄を変えた

一連の予備実験により，表－２に示す方法を採用 した。 1．３ 表－２試料の詰め方

iiiil霧i蕊

表－３実験シリーズ ］w＝±５０（Ｘ１Ｃ DolLOOSIZlHIIを趣

琉球大学工学部紀要第３１号，1986年

3３ ２．２実験内容 実験はヒズミ制御方式により，Ｖ＝０．５ｍｍ／ ｍｉｎのセソ断速度にて，一方向セン断試験のシ リーズと繰り返しセン断試験のシリーズに分け, 表－３に示すケースについて実験を行った。実験 シリーズについて以下説明する。 （１）一方向セン断試験 各密度ごとに垂直荷重を5段階(,ｗ＝0.3,06,1.1, 1.6,2.1ｋｇf/cm2）に変えて一方向セン断試験を 行った。水平変位ＤＨ（上下セン断箱間の相対変 位)に対応するセン断応力ｒと鉛直変位を測定し た。な鎧，同様な条件（供試体端面の押えにポー ヲスストーンを使用）で，乾燥砂についても実験 を行った。 （２）繰り返しセン断試験 繰り返し変位麺を一定とした６サイクルの繰り 返しセン断試験を，各密度ごと・３段階の垂直荷 重（､ｖ＝０３，０．６，１．１kgf7cm2）について行っ た｡繰り返し変位量はＤＩＦ±50（ｘ10-2ｍｍ,以 下単位省略)，±]006±150,±200の４ケースと した。なお，試料の密度がLoosBの場合につい ては±300のケースを追加した。一方向セン断試 験同様，水平変位ＤＨに対応するセン断応力丁と鉛 直変位Ｄｙを側定した。なお，垂直荷重０Ｖ＝1.1

kgf/cm2の時のＤＩＩ＝±５０と±150の２ケースにつ

いて，一方向セン断試験の場合と同様，飽和砂と 同じ条件で乾燥砂についても実験を行った。 表－４－方向セン断試験結果 セン断強さ T｢(kgE/cm3）

扇iii繭T葹爾

垂直荷重 密度 ｡ｖ：（kgf/cm2） ３６１６１ ■■■●の ００１１２ 0.326 0.523 0870 1.272 1.６７９ 0６３２５ ０．５４５ 0.914 1.343 1.762 ＤＥＮSＥ ３６１６１ □●●●■ ００１１２ 0.308 0.472 0.827 1.198 1.496 0.280 0.478 0.852 1.203 1.483 ＭＥＤＩＵＭ ３６１６１ ００１１２ ｑ２５６ ｑ４５９ ０`751 1.157 1.396

郵蝿、噸靭

０００ＬＬ ＬＯＯＳＥ （⑪。で）。 ⑫ _） ０８６４２０ ４３３３３３ 3．実験結果及び考察 ３．１－方向セン断賦験 セン断試験によって得られた各垂直荷重０Ｖに おけるセソ断強さで｢の値を表－４に示す．これら の結果より求められた飽和砂のDense,Medium， Looseのセソ断抵抗角‘は，それぞれ37.0., 344.,32.2゜である。同様に乾燥砂のセン断抵 抗角は，それぞれ388.,34.2.,32.7.である。 セン断抵抗角。と試料の密度との関係を図－１に 示す。図中，・印は飽和砂を◎印は乾燥砂を表わ している。なお７図中の△印は供試体端面の押え 板として歯形板を用いた前報告（乾燥砂）での結 果を表わしている。なお，横軸の相対密度Ｄ『 は。v＝ｑｌｋｇｆ/cm2の荷重を戦荷した時点での供 試体内の平均密度である。IJooseおよびMedium 2０４０６０８０１００ Ｄｒ（影） 図－１セソ断抵抗角と相対密度

鋼

_{飽和砂の繰り返し－面セン断試験に関する実験的研究：許・加藤}

の場合は乾燥砂と飽和砂でほとんど差がないが． Denseになると２度近い差となって表われてく る。これより，乾燥砂に比較してⅢ飽和砂はイン ター■ヅキソグによる強度増加が小さいと考えら れる。 似た形状となっている。 各サイクルのセン断応力の最大値Ｔｍと繰り返 し回数Ｎの関係を図－３に示す。各密度とも繰り 返し変位鑓が小さい時は繰り返し回数Ｎに伴っ てｒｍは増加す為が，DIIが大きくなると次第に増 加の割合が小さくないDenseにおいてはＤＨ＝

±150から，MediumにおいてはＵｖ＝1.1ｋｇf／

ｃｍ２以外はＤＨ＝±200から，LooGeにおいては ＤＨ＝±300からＮに伴ってTmは減少する傾向が 承られる。各垂直荷重｡ｖにおけるでｍの変化を比

鮫すると，垂直荷璽｡ｖが大きいほどr､の値だけ

でなく，繰り返し回数Ｎに伴ったＴｍの変化も大

きくなる。これらの傾向はiii報告とほぼ同じ傾向

である． （２）繰り返しセン断による密度変化 繰り返しセン断の直前における供試体密度と， 垂直荷重の関係を図－４に示す｡図中，各設定密 度を破線で，垂直変位より推定した密度を○印で 示した。供試体の密度は試料を詰めた時よりも， その後の垂直荷重の戟荷及び注水により増加して ３．２繰り返しセン断試験 （】）荷重一変位曲線

繰り返しセン断における荷重一変位（て-,,

曲線の代表的な例として，図－２に試料密度

Medium，垂直荷重｡ｖ＝１．１ｋｇⅣcm2，繰り返し

変位髄ＤＭ＝±５０の結果を示した。縦IMIにセン断

応力『をとり，横軸に水平変位ＤＨをとっている。

横軸上側の目盛ｅは水平変位DIfを供試体の直径

（Ｄ＝６ｃｍ）で割った値．すなわちヒズミである。

繰り返し回数Ｎに伴って，ＤＩＩに対.応するセン断

応力Tの値が大きくなっている。繰り返し変位勘

ＤＨが大きい他のケースの場合，1サイクル目を除

いてその差は小さくなる。全ケースとも．ループ

の形状は麓繰砂について得られた前報告のものと

副１釘….??．｡。

釦

げ゛7勺･足か、－戸Ｐ ） 形 Do-2bo-1boJ

…Ｗ－ｗｉ

） (ａ）Ｎ＝１～３ _{(ｂ）Ｎ＝４～６}

図－２荷重一変位曲線（繰り返し変位鐘一定）

Ｕｖ－Ｌ１ｋｇｆ/cm2，ＤＨ＝±５０（Ｘ10~2ｍｍ）

琉球大学工学部紀要第31号，1986年

3５ Ｊｊ ｊｍｍ

ｍｍｍ

ｍ１２ 型ぴぴ ０１１ ｌｘｘ ｘくｉ Ⅸ伽釦 ５１１ 一一一一一一 冊ＨⅡ ＤＤＤ ｏ△ロ Ｌ１ ● （句日Ｕヘ即）ご』 ▽ＤＨ＝200(ｘ１０ ＯＤＩｉ＝300(x10 Fv＝1.1ｋｇf/cｍＺ -2ｍｍ） -2ｍｍ） ２ ０Ｂ １ Ｌ０ （創日Ｕご切望）日』 ＬＯＯＳＥ

震奎雪三三

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0.4 １． §華竺溌;望 ０．２ Ｘｒ 1． １２３４５ ６ Ｎ oKkgf/cm2） ２０８ １１０ （⑤日ロへ当山雪）Ｅ』 ＭＥＤＩＵＭ _{図－４供試体密度と垂直荷重}

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鰐←郭串房式鱈 乢邑、円▽。再周涕 ｖ【巴ロロョリハ】、．好 0.6 0.4 0.2 １２３４５６ Ⅳ 鈩巨』Ｕへ］餌）回侶 ２０８ １Ｌ０ （園目・へ勧雪）Ｅ伶

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ﾛv＝1.1ｋｇ〔/cｍ２ 岸一一△－．－凸F一一一・￣巴 段一二且ﾆﾆﾆﾆｺﾅｰ－２戸＝面

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Ｉ １２３４５６ Ｄ－１ＤＣ Ｎ _{ＤＨ(XlO-2mm）} 図一３セン断応力Ｔｍの変化 _{図－５繰り返しセン断中の密度変化}

飽和砂の繰り返し一面セン断試験に関する実験的研究：許・加藤 3６ いる。密度は垂直荷重Ｕｖが大きいほど密になる が密度増加の割合は垂直荷重｡ｖが大きくなるに 従い徐々に小さくなるようである。各密度の密度 増加を比較すると，ゆるい砂ほど密度増加が大き く生じている。 繰り返しセン断中の密度変化の一例として，図 －５に垂直荷重０Ｖ＝1.1ｋｇf/cm2､繰り返し変位 鑓ＤＨ＝±50の結果を示した。横軸に水平変位鮭 ＤＫ】をとり,縦軸に垂直変位より求めた供試体の 平均密度７．をとっている。各密度とも，１サイク ル目が股も密度増加が大きく，２サイクル目以後， 順次密度増加が減少している。また，Looseの 場合，股も大きな密度増加を生じている。図中の 矢印は６サイクル繰り返しセソ断後．継続して一 方向へセソ断した時．セン断応力「が蝋大となっ た点を示している。 各サイクルに鋸ける密度の履大値ｒ…と繰り 返し回数Ｎの関係を図－６に示す｡図は。ｖ＝１１ ｋｇf/cm2，ＤＨ＝±５０およびＤＨ＝±１５０のケース である。劇中Ⅲ黒印は飽和砂，白印は乾燥砂を表 わしている。飽和砂，乾燥砂ともに供試体端闘の 押え板としてポーラスストーソを用いた場合の結 果であり，密度に関係なく。乾燥砂のほうが密度 増加が大きいことがわかる。 繰り返しセン断後の乾燥密度ｒｄと繰り返し変 位競り,,の関係を図－７に示す｡各密度とも，Ｄ剛 が大きいほど密度が蝋加する傾向がある。DensG の場合ＤＨ＝土５０，Mediumの場合ＤⅡ＝±l00 Looscの場合ＤＩＩ＝±150以｣になると，密腱の 噌加litにあまり麓がみられなくなる。 1． ₁ １ １ （面目ｕへ秘）藻圃Ｅ」 １ １ （”Ｅｕへ］出）麗句Ｅ院 匝 凶 ｇ■③四

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1－ １ Ｎ _Ⅳ (ａ）ＤＢ＝5０（ｘ10-2ｍｍ） (ｂ）DII＝150（xlO~2ｍｍ）

図－６供試体密度…ｘと繰り返し回数Ｎの関係，びv＝1.1ｋｇf/cｍ２

琉球大学工学部紀要第３１号，1986年 3７ （３）セン断抵抗角の変化 繰り返しセン断後，継続して一方向へセン断し 測定されたセソ断応力の般大値了fよりセソ断抵 抗角‘を求めたところ，図－８に示す結果となっ た、図中，横軸は繰返し変位獄ＤＨであり，縦軸 はセン断抵抗角である。繰り返しセン断を受け る前のセン断拭抗角ﾄｴ，Denseの場合｡＝37.0., Mediumの場合‘＝34.4.．Loosoの場合‘＝ 32.2.であり，図中矢印で示されている。 測定した範囲内では，ＤＨ＝±50-土100の繰り 返しセソ断によって各密度ともセソ断抵抗角が蝋 大するが，Looseの場合最も大きく，履歴を受 け1/X:い場合に比べて８－９．の増加となった。Dense はＤＭ＝±100,MediumとLooseはＤＩＩ＝±１５０ 以上の繰り返しセン断を受けるとそれよりも小さ なＤＭの繰り返しセン断を受ける場合に比鮫して， セン断抵抗角は急激に減少し始める。また．密な 試料は、H＝±150以上の繰り返しセソ断を受け ると，履歴を受ける前よりセソ断抵抗角が小さく なっている。 （４）履歴減衰定数 繰り返し向数Ｎと履歴減衰定数4)力の関係を 図－９に示す。垂直荷重が大きくなると，減衰定 数は若干小さくなる傾向がある。その差はDense の場合に股も大きく現われており，ｏｖ＝0.3ｋｇｆ /ｃｍ２と1.1ｋｇf/ｃｍ２とをＤＨ＝±５０，Ｎ＝６サイ クルの値で比較すると，１．５％近い差となってい るMediumLooseとなるに従い，｡ｖによる蓬 は小さくなる。 次に密度による影響を比較すると，ＤＨ＝±５０ において密な試料ほどｈは小さな値であり．DIIが 大きくなるに従い，その差は小さくなるようであ る。そして，DII＝±200になると，逆に密な試料 の方がＮ＝２サイクル以後において若干大きな力 となっている。 繰り返し回数Ｎに伴った11の変化はⅢDII＝± 100までは減少する傾向がある。しかし，ＤⅡ＝± 150以上になるとＮによる差はほとんどなくなる。 繰り返し変位趾ＤＨが大きくなるに従い，密度， 垂直荷愈に関係なくAは徐々に大きくたいカー 3ｑ５～31.5影の範囲の値となる。 飽和砂と乾燥砂を比較するため，垂直荷重０Ｖ ＝１．１ｋｇf/ｃｍ２１Ｄｎ＝±５０およびＤＩＩ＝±１５０の ケースについて，乾燥砂を用いた実験を行った。 ￣ 壬一七 １ １ （向Ｅｕへ｝凶）で』 。Ｉ 1． ＤＨ(XlO~8ｍｍ） 図－７繰り返しセン断による密度変化 α－－－．N （．ご鉦塘興襲ハギ 」、 ＤＨ（x10-zmm） 図一Bセン断抵抗角ｄの変化

０ 飽和砂の繰り返し--面セソ断試験に関する実験的研究：許・加藤 3８ 三 Ｚ 西 寓

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琉球大学工学部紀要第31号，1986年 3９ 例として１，H＝±５０の結果を図－１０に示す。減 衰定数力はどの密度においても，乾燥砂のほうが 小さな値となっている。その差はLooseの１サ イクル目においてＯＬ５形とほとんど差がないが, それ以外の場合０．５～2.0％の差となっている。 ＤＨ＝士150のケースでも同様な結果である。 本実験において求めた飽和砂の履歴減衰定数は カー27.5…3Ｌ５影，乾燥砂の職歴減衰定数はカー ２６０～31.0影の範囲に分布している。これらは前 報告の結果（ルー29.0.31.5％）に比較して若干 小さな値となっている。これは．押え板として利 用したポーラストーンが，なめらかな歯形板に比 較して，砂粒Jこの移動を押え，より大きな剛性を 持つためと考えられる。 ４．まとめ 以上の結果をまとめると次のようである。 （１）繰り返し回数Ｎに伴うセソ断抵抗Tmの増 加傾向は,Denseの場合ＤＨ＝±150（×10~2ｍｍ） Mediumの場合ＤＩＩ＝±200(×10-2ｍｍ),Looge の場合ＤＭ＝±300（XlO-2mm）で減少傾向へ変 わる。 （２）履歴減衰定数力は26.0～31.5％の範囲に あり，飽和砂に比較して乾燥砂のほうが０．５－２０ 影小さな値である。 （４）繰り返しセン断後のセン断抵抗角は，Ｄ,， ＝±5０（xlO-2mm)～±100（xlO-2mm）の繰 り返しセソ断によって増大する傾向がある。また， この強度増加は繰り返しセソ断による密度増加に よると考えられる。 なお．本研究を遂行するに当たり，翁長一明君 （現松井建設)，松崎浩君(現日産建設)の助力を 得たことを記して感謝の意を表する。 奇Ⅱつ【×）雪 _{、釦”犯”妬} 参考文献 古トーヨマ 1）許光瑞・加藤進：乾燥砂の繰返し一面セン断 試験に関する実験的研究，琉球大学工学部紀 要，３０号，1985年９月 の許光端・加藤進：砂の繰返し一面セソ断試験 に関する実験的研究（その４：飽和砂の実 験概要，，日本建築学会学術識演梗概集， 1985年10月 3）許光瑞・加藤進：砂の繰返し一面セソ断試験 に関する実験的研究（その５：飽和砂の実験 結果・考察)，日本建築学会学術講演梗概集， 1985年10月 の田治見宏：建築振動学，1965年，コロナ社 １２３４５６ Ｎ ＭＥＤＩＵＭ

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緑Ｉ。［ｘ）二 _{弘加”鋼”妬} △乾燥砂 ▲飽和砂

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６ Ｎ 図－１０乾燥砂と飽和砂の履歴減衰定数