博士（工学）李 徳建 学位論文題名
自然堆積粘土の構造とセメンテーショ ン効果の 同定法に関する研究
学位論文内容の要旨
地盤変形問題の解決のための普遍的な方法論は、室内・原位置試験による地盤物 性値の評価、地盤のカ学諸特性のモデル化そして数値解析による実地盤挙動の予測 を根流としている。現状において、数値解析法の急速な進展と比較して、自然地盤 のカ学挙動の体系化が後追い状態にあることが広く指摘されている。このことが、
信頼性の高い実地盤の変形挙動の予測法を確立する上での大きな障害となっている。
関西国際空港の地盤沈下予測問題は、その典型例である。
一般に、自然に堆積した粘土地盤は、原位置での長期二次圧縮、粒子間のセメン テーションの形成、等の年代効果により、程度の差こそあれ「構造」が発達した状 態にあり、そのカ学特性は「構造」が未発達な室内再構成粘土の挙動とは随分と異 なることが漠然と知られている。また、汎用性の高い弾塑性構成モデルは、粘土の 鉱物組成、粒度分布等の一次的性質に支配されるカ学挙動は適切に表現できるもの の、自然堆積粘土に特有な構造特性を適切に表現することはできなぃ現実がある。
このような自然粘土のカ学の体系化の立ち遅れは、自然粘土の変形メカニズムの実 験的解明の遅れに起因している。
そこで本研究では、室内再構成粘土のカ学特性をものさしとして自然粘土の「構 造」の評価が可能となるとの一貫した考え方に基づき、数千年〜数十万年の広範囲 な堆積年代に亘る自然堆積粘土の「構造」の定量的評価を試みている。また、自然 粘土の「構造」の二大要因として、原地盤における二次圧縮効果とセメンテーショ ン効果を考慮し、室内試験によルセメント混合粘土の変形・強度特性を理解するこ とにより、自然粘土のカ学特性に及ばすセメンテーション効果の分離評価を試みて いる。具体的には、ひずみレベル0.001％における弾性係数から10％程度の破壊に 至るまでの広範囲なひずみ領域での変形特性を連続的に測定する実験システムを開 発するとともに、弾性係数の応力依存性に着目することにより、世界各国の自然粘 土の「構造」をメタ安定度指数を用いて定量化している。また、力学試験結果に基 づく自然粘土の土粒子間セメンテーション効果の同定法を新たに提案している。
本論文は、8っの章から構成されている。
第1章は序論であり、本研究の背景と目的を述べた上で、本論文の構成を説明し ている。
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第2章 で は 、 本 論 文 の 研 究 テー マに 関連 する 既 往の 研究 をま とめ てい る。 まず 、 自 然粘 土の 「年 代効 果に よる 構造 」の 概念 およ び その 定量 的評 価法 に関 する 既往 の 研 究を 紹介 し、 粘土 の構 造指 標と して 提案 され た メ夕 安定 度指 数の 定義 と実 際の 求 め 方に っい て紹 介し てい る。 っぎ に、 自然 堆積 粘 土の カ学 諸特 性に 及ぼ すセ メン テ ーション効果に関する研究を紹介して いる。
第3章 で は ， 実 験 の 概 要 を 述べ てい る。 本研 究 で使 用し た多 機能 三軸 試験 装置 、 定ひ ずみ 速度 圧密 （CRS）試 験装 置およぴべンダー要素（Bender Element)を用いたせ ん 断弾 性波 速度 測定 シス テム それ それ の概 要と 試 験方 法を 説明 して いる 。っ ぎに 、 室内 再構 成粘 土試 料 の作 成方 法、自動制御・データの 自動収録システム、実験手順、
新た に開 発し た局 所 軸変 形測 定システム、等にっいて それそれ簡単に説明している。
さ ら に 、 本 研 究 で 扱 っ た 粘 土 試 料 の 特 性 と 実 験 条 件 を ま と め て い る 。 第4章 で は ， 本 研 究 で 使 用 した 自然 堆積 粘土 試 料お よび これ らの 採取 地盤 の概 要 を述ぺている。対象とした地盤は日本 国内の沖積海成粘土地盤（関空、尼崎、有明）、
洪 積 粘 土 地 盤 （ 関 空 、 京 部 盆 地 ） お よ び 海 外6カ 国 の 海 成 粘 土 地 盤 、 韓 国 釜 山
（Yangsan，Eulsookto)，夕 イ（Bangkok)，シ ン ガボ ール （Singapore)，ノルウエー
（Drammen)，英国（Bothkennar)，カナダ（Louiseville)である。各地盤ごとに、サンプ リ ン グ 調 査 地 点 お よ び 基 本 的 な 諸 物 性 値 の 深 さ 方 向 の 分 布 を 述 べ て い る 。 第5章 で は ， 一 次 的 性 質 の 異 な る7種 類 の 室 内 再 構 成 粘 土の カ学 挙動 を議 論し て い る。 一連 の圧 縮・ 膨脹 試験 およ び非 排水 せん 断 試験 を実 施し 、一 次元 圧縮 およ び 膨 張特 性、 非排 水せ ん断 時の 応カ ・ひ ずみ 関係 の 非線 形性 、非 排水 せん 断強 度特 性 お よ ぴ せ ん 断 弾 性 係 数Gの 応 カ お よ び 応 力 履 歴 依 存 性 に っ い て そ れ そ れ 議 論 し て いる。
第6章 で は ， 乱 さ な い 自 然 粘土 のカ 学挙 動に っ いて 論じ てい る。 さら に、 自然 粘 土 と 再 構 成 試 料 と の カ 学 挙 動 を第5章 と同 様な 切 り口 で比 較検 討す るこ とに より 、 自然 堆積 粘土 の変 形 ・強 度特 性に及ぼす年代効果にっ いて議論している。とりわけ、
大 阪湾 粘土 の変 形特 性に 及ぼ す「 構造 」の 影響 に 焦点 を絞 って 詳し く論 じて いる 。 第7章 で は ， 第6章 で 得 た 知 見 を 基 に 、 自 然 堆 積 粘 土 の 「構 造」 の定 量的 評価 法 を 提案 して いる 。ま た、 人工 的に セメ ンテ ーシ ョ ンを 付加 した セメ ント 混合 粘土 の 変 形・ 強度 特性 の解 明を 試み 、粘 性土 のカ 学挙 動 に及 ぼす セメ ンテ ーシ ョン 効果 に つ いて 実験 的お よぴ 理論 的に 考察 して いる 。こ の 工学 的適 用と して 、力 学試 験に よ る 自然 粘土 のセ メン テー ショ ン効 果の 同定 法を 新 たに 提案 して いる 。そ して 自然 粘 土 のカ 学特 性は 、原 地盤 にお ける 年代 効果 の主 要 因（ 二次 圧縮 ある いは セメ ンテ ー ション効果）に応じて異なることを指 摘している。
第8章 は7章 ま で の 成 果 を 要 約 し 、 本 論 文 の 結 諭 と し た も の 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
自然堆 積粘土の 構造とセメンテーション効果の 同 定法に関 する研 究
地 盤 の 変 形 挙 動 を 予 測 す る た め の 普 遍 的 な 方 法 論 は ， 室 内 ・ 原 位 置 試 験 に よ る 地 盤 物 性 値 の 評 価 ， 地 盤 の カ 学 特 性 の モ デ ル 化 そ し て 実 地盤 に 即 した 初 期 ・境 界 条 件 の下 で の 数 値 解析 の 実 施で あ り ，地 盤 の モデ ル は 室 内再 構 成 粘土 の 挙 動を 基 礎 にし た も のであ る．
一 般 に ， 自 然 に 堆 積 した 粘 土 地盤 は ， 原位 置 で の長 期 に1わ た る 二次 圧 縮 ， 土粒 子 間 の セ メ ン テ ー シ ョ ン の 形 成 ， 等 の 年 代 効 果 に よ り ， 程度 の 差 こそ あ れ 「構 造 」 が 発達 し た 状 態 に あ り ， そ の カ 学 特 性 は 「 構 造 」 が 未 発 達 な 室内 再 構 成粘 土 の 挙動 と は 大 きく 異 な る こ と が 知 ら れ て い る ． ま た ， 数 値 解 析 法 の 急 速 な進 展 と 比較 し て ，自 然 地 盤 のカ 学 挙 動 の 体 系 化 が 後 追 い 状 態 に あ る こ と が 広 く 指 摘 さ れて い る ．す な わ ち， 汎 用 性 の高 い 弾 塑 性 構 成 モ デ ル は ， 粘 土 の 鉱 物 組 成 ， 粒 度 分 布 等 の一 次 的 性質 に 支 配さ れ る カ 学挙 動 は 適 切 に 表 現 で き る も の の ， 自 然 堆 積 粘 土 に 特 有 な 構造 特 性 を適 切 に 表現 す る こ とは で き な い 現 実 が あ る ． こ の よ う な 自 然 粘 土 の カ 学 の 体 系化 の 立 ち遅 れ は ，自 然 粘 土 の変 形 メ カ ニ ズ ム の 実 験 的 解 明 の 遅 れ に 起 因 し て い る ． こ のこ と が ，実 地 盤 の変 形 挙 動 につ い て の 信 頼 性 の 高 い 予 測 法 を 確 立 す る 上 で の 大 き な 障 害 と な っ て い る ・ 以上 の よ うな 背 景 のも と ， 著者 は ， 「 年代 効 果 のな い 室 内再 構 成 粘土 の カ 学特 性が 自然 粘 土 の「 構 造 」評 価 の もの さ し とな る 」 と の一 貫 し た考 え 方 に基 づ き ，数 千 年 〜数十 万年 の 広 範 囲 な 堆 積 年 代 に 亘 る 自 然 堆 積 粘 土 の 「 構 造 」の 定 量 的評 価 を 試み て い る ．具 体 的 に は ， ひ ず み レ ベ ル0.001％ か ら10％ 程 度 に 至 る ま で の 広 範 囲 な ひ ず み 領 域 で の 変形 特 性 を 連 続 的 に 測 定 す る 実 験 シ ス テ ム を 開 発 す る と とも に ， 弾性 係 数 の応 力 依 存 性に 着 目 す る こ と に よ り ， 世 界 各 国 の 自 然 粘 土 の 「 構 造 」 をメ 夕 安 定度 指 数 を用 い て 定 量化 し て い る ． さ ら に ， 人 工 的 に セ メ ン テ ー シ ョ ン を 付 加 した セ メ ント 混 合 粘土 の 実 験 結果 を 基 礎 に ， 粘 性 土 の カ 学 挙 動 に 及 ぼ す セ メ ン テ ー シ ョ ン効 果 に つい て 考 察を 加 え ， 力学 試 験 結 果 に 基 づ く 自 然 粘 土 の 土 粒 子 間 セ メ ン テ ー シ ョ ン効 果 の 同定 法 を 新た に 提 案 した も の
