博 士 （ 工 学 ） 小 田 美 明
学 位 論 文 題 名
長期圧密粘土のカ学挙動に関する研究
学位論文内容の要旨
時 間効 果を受 けた粘 土に特 有なカ 学的 挙動と して， 応力解 放あ るいは 地下水位の上昇等の応力 履 歴を受 けてな い地 盤にお いても 圧密試 験か ら得ら れる圧 密降伏 応カが 現在の有効土被り圧より も 大きい ことが 知ら れてい る。し たがっ て時 間効果 の影響 を受け た粘土 に載荷があった場合の圧 縮 挙動を 如何に 予測 するか は重要 な問題 であ る。ま た，時 間効果 による 強度増加にっいても有効 な 予測方 法の確 立が 必要で ある。
静 止 土圧 係 数Ko値は ，土 構造物 等の 設計に おいて 重要な 土質パ ラメ 一夕で ある。 特に， 有限 要 素法等 によっ て地 盤の弾 塑性変形解析を行う際には，地盤の初期応力状態を特定する必要から，
Ko値 の もつ 意 味 は 極 めて 大きい 。しか し，Ko値が時 間効果 により どの ように 変化す るかと いう 問 題提起 がなさ れて 久しい が，今 だに確 たる 結諭が 得られ ていな い。
本 研究 は，未 解明な 部分が 多い時 間効 果を受 けた長 期圧密 粘土 のカ学 特性を明確にするため，
不 撹乱粘 土およ び練 り返し た粘土 を用い て種 々に条 件を変 えて行 った室 内試験結果をもとに，ま ずKo条 件で の 圧 密 お よび その後 の三軸 試験の 方法 を確立 し，そ れに基 づい て実施 した長 期のKo 圧 密 試 験 お よびKo長 期圧 密非排 水三軸 試験か ら得 られる 変形・ 強度特 性に っいて 論じた もので あ る。
本 論 文 は8章 よ り 成 り 立 っ て い る 。 各 章 を 要 約 す る と 以 下 の よ う で あ る 。 第 1章 で は ， ま ず 研 究 の 背 景 と 目 的 を 述 べ ， 論 文 の 構 成 を 示 し て い る 。 第2章で は ， 過 去 に行 わ れ た 室 内に お け るKo値の 測定方 法にっ いて 検討を 行い， 問題点 を明 確 にして いる。 そし て，最 良な実 験装置 およ び実験 方法に っいて 言及し ている。すなわち，圧密 容 器を用 いる実 験の 場合に は，圧 密リン グに ひずみ ゲージ を取り 付け直 接側方応カを測定できる 方 法 を 採 用 した 。 さ らに 圧密 圧カを 供試体 底部で 測定 し，背 圧も載 荷でき る構造 とし た。三 軸 Ko圧 密 装置 は ， 通 常 の三 軸試験 装置を 用いて ，コ ンピュ 一夕に より自 動制 御およ び自動 計測を 行 う方法 とした 。
第3章， 第4章 で は， そ れ ぞ れ 三軸Ko圧 密 試験 ， 圧 密 非 排水 三 軸 圧縮 ，伸張 試験の 結果 に及
ぼ す 要 因 に っ い て 詳 細 に 検 討 し ， 最 適 な 試 験 方 法 の 提 案 を 行 っ て い る 。 第3章 で は， 三 軸 試 験 装置 を 用 い たKo圧 密 試 験方 法にっ いて， 実験条 件を種 々に 変え， それ が測定 されるKo値お よびそ の後の 非排 水せん 断試験 結果に 対し どのよ うに影響するかを検討し，
最 適な 実 験 方 法 の提 案 を 行って いる。 すな わち， 三軸Ko圧 密試 験にお ける圧 密圧カ の載 荷方法 として は任意 に圧 密応カ が設定 できる 必要 があり ，任意 の応カ まで鉛 直応 カを漸増載荷し，その 後一定 に保っ よう な方法 を採用 している。そして，この方法による場合の側方ひずみの制御方法，
圧密圧 カの載 荷速 度およ び実験 中の温 度変 化の影 響にっ て詳細 に検討 して いる。さらに，除荷時 の 側方 ひ ず み の 制御 方 法 にっい ても調 べて いる。 また，Ko圧密 時の諸 条件が その後 の非 排水せ ん 断挙 動 に 及 ぼ す影 響 に っいて 調べる ため ，一連 のKo圧密 三軸 圧縮試 験を行 い，圧 密時 間およ び 圧 密 圧 カ の 載 荷 方 法 が ， 非 排 水 せ ん 断 特 性 に 及 ぼ す 影 響 に っ い て 検 討 し て い る 。 第4章では ，圧 密非排 水三軸 圧縮・ 伸張試 験結 果に及 ばす諸要因にっいて検討している。まず，
長期圧 密粘土 の非 排水せ ん断特 性を把 握す るため に，基 準とな る圧密 時間 の決定方法を確立する た め4種 類の 粘土を 用いて 圧密時 間を変 えた 実験を 行って いる。 っぎ に，変 形・強 度特性 に及ぼ す排水 用ろ紙 の種 類およ び面積 率の影 響に っいて 検討し ている 。さら に， 三軸伸張試験において 供 試 体 高 さ を 変 え た 実 験 か ら 供 試 体 の 寸 法 （ 直 径 ／ 高 さ 比 ） に っ い て 検 討 し て い る 。 第5章 か ら第7章 ま で は， 第3章 お よび 第4章 で 得ら れ た 結 諭 を考 慮 し た実験 結果か ら，長 期 圧密粘 土のカ 学挙 動を把 握する ことを 目的 として いる。
第5章 で は，3種 類 の 粘土 に 対 し 最 長70日 間 に 及ぷ 長 期Ko圧密 を 行 いKo値 が圧密 時間 ととも に どの 様 に 変 化 する か を 検討し ている 。ま た，圧 密容器 によるKo圧密 試験お よび三 軸Ko圧 密試 験 から 得 ら れ るKo値 に っい て比 較して いる。 こらの 実験装 置を 用いて 長期間 の実験 を行 う際，
十分に 考慮し なけ ればな らない 要因と して ，圧密 容器に おいて は周面 摩擦 の影響があり，三軸試 験では ゴムス リ― ブの透 水性の 問題がある。これらの問題を解決した後，長期にわたる実験を行つ ている 。また ，圧 縮指数 および 二次圧 密係 数が圧 密圧カ により 変動す るよ うな不撹乱粘土の正規 圧 密状 態 で のKo値 も 調 べて いる 。さら に，長 期間過 圧密状 態に おかれ 体積変 化が膨 張傾 向から 圧縮傾 向ヘ移 行し た場合 のKo値に っい ても調 べてい る。
第6章 では， 長期圧 密粘土 のせ ん断特 性と比 較する ため応 力解 放によ り軽く 過圧密 され た粘土 の 非排 水 せ ん 断 挙動 に っ いて検 討して いる 。実験 は，等 方およ びKo圧 密条件 で過圧 密比10を最 大 とし て 行 い ， 過圧 密 時 のKo値 の増加 の予測 を簡単 な試験 から 求める 方法を 提案し てい る。さ らに， 過去に 提案 された 過圧密 粘土の 非排 水強度 推定式 がどの 程度の 過圧 密比まで適用できるか を検討 してい る。
第7章で は，長 期圧密 粘土 の非排 水せん 断特性 にっい て， 同じ過 圧密比 を持つ 過圧 密粘土 のせ ん 断 特性 と 対 比 し つつ 検討 してい る。圧 密条件 （等方 ・Ko） および せん断 条件 （圧縮 ・伸張 ） によ り，両 者の非 排水せ ん断 挙動が どのよ うに異 なる かを調 べてい る。さらに，これをもとにし て， 長期圧 密粘土 のせん 断挙 動の予 測方法 にっい て検 討して いる。
第8章 は ， 本論 文 の 結 論 で あり ， 一 連 の 研究 成果を 取りま とめて いる。 すな わち， 三軸Ko圧 密試 練方法 および 圧密非 排水 三軸圧 縮・伸 張試験 方法 にっい て，試 験結果に及ぼす要因にっいて 詳 細 に検 討 し 試 験 の方 法を 提案し ている 。さら に，長 期圧 密中のKo値は， 二次 圧密係 数が時 間 とと もに変 化する ような 場合 におい ても一 定であ り， 過圧密 状態で も同様としている。また，長 期圧 密粘土 の非排 水強度 は， 同じ過 圧密比 を持つ 過圧 密粘土 と同じ として推定可能であるが，変 形係 数およ び破壊 時の軸 ひず みおよび間隙水圧係数は，受けた履歴（時間・応力），圧密条件（等 方一 ．Ko）お よび せん断 条件（ 圧縮・ 伸張） によ り大き く異な るとし ている。したがって，小さ な過 圧密比 を持つ 粘土地 盤に っいて の変形 解析に あた っては ，過去 に受けた履歴を十分に検討し た 上 で 必 要 な パ ラ メ ー タ を 決 定 す る 必 要 が あ る こ と を 明 ら か に し て い る 。
学位論文審査の要旨 主査 教授 三田地利之 副 査 教 授 土 岐 祥 介 副査 教授 角田輿史雄 副 査 教 授 石 島 洋 二
自 然堆積 の地盤 におい ては ，一般 に水平 方向に 変形の ない 状態で 圧密が進行し，長時間経過し て平 衡状 態に達 してい る。こ の時の 鉛直 有効応 カと水 平有効 応カ の比で 定義される静止土圧係数 Ko値 は， 土 構 造 物 等の 設計に おい て重要 な土質 パラメ ータ である 。特に ，有限 要素法 等に よっ て 地 盤 の弾 塑 性 変 形 解析を 行う際 には ，地盤 の初期 応力状 態を特 定す る必要 から，Ko値の もつ 意 味 は 極め て 大 き い 。しか し，Ko値が時 間とと もにど のよ うに変 化する かとい う問題 提起 がな され て久 しいが ，今だ に確た る結論 が得 られて いない 。また ，長 時間圧 密後の粘土の変形・強度 特性 にっ いても 未解明 な部分 が多い のが 現状で ある。
本 研究は ，この ような 背景 の下で 長期圧 密粘土 のカ学 特性 を明ら かにするため，不撹乱粘土お
よび練り返した粘土を用いて種々に条件を変えて行った室内試験結果をもとに，まずKo条件で の圧密およびその後の三軸試験の方法を確立し，それに基づいて実施した長期のKo圧密試験お よびKo長期圧密非排水三 軸試験から得られる変形・ 強度特性にっいて論じたものである。
第 1章 で は ， ま ず 研 究 の 背 景 と 目 的 を 述 べ ， 論 文 の 構 成 を 示 し て い る 。 第2章では，過去に行われた室内におけるKo値の測定方法にっいて検討を加え，問題点を明 確 に し て い る 。 そ し て ， 最 良 な 実 験 装 置 お よ び 実 験 方 法 に っ い て 言 及 し て い る 。 第3章では，三軸試験装置を用いたKo圧密試験方法にっいて，実験条件を種々に変え，それ が測定されるKo値およびその後の非排水せん断試験結果に対しどのように影響するかを検討し，
最適な実験方法の提案を行っている。また，Ko圧密時の諸条件がその後の非排水せん断挙動に 及ばす影響にっいて調べるため，一連のK。圧密三軸圧縮試験を行い，非排水せん断特性に及ぼ す 圧 密 時 間 お よ び 圧 密 圧 カ の 載 荷 方 法 の 影 響 に っ い て 検 討 し て い る 。 第4章では圧密非排水三軸圧縮・伸張試験結果に及ぼす諸要因にっいて検討している。まず，
長期圧密粘土の非排水せん断特性を把握するために，基準となる圧密時間の決定方法を確立する ため4種類の粘土を用いて圧密時間を変えた実験を行っている。っぎに，変形・強度特性に及ば す排水用ろ紙の種類および面積率の影響にっいて検討している。さらに，三軸伸張試験における 最適な供試体寸法（直径／高さ比）を提案している。
第5章では，3種類の粘 土に対し最長70日間に及ぶ長期Ko圧密を行い，圧密時間に伴うKo値 の変化にっいて検討している。また，圧密容器によるKo圧密試験および三軸Ko圧密試験から得 られるKo値にっいて比較している。こらの実験装置を用いて長期間の実験を行う際の問題点を 詳細に検討し，具体的な解決策を示した後，長期にわたる実験を行い，長期圧密中のKo値は二 次圧密係数が時間とともに変化する場合でも一定であること，長期間過圧密状態におかれ，体積 変化が膨張傾向から圧縮 傾向ヘ移行した場合でもKo値は一定であることを見出している。
第6章では，長期圧密粘土のせん断特性と比較する目的から，応力解放により軽く過圧密され た粘土の非排水せん断挙動にっいて検討している。実験は，等方およびKo圧密条件で過圧密比 10を最大として行い，過圧密時のKo値の増加を簡単な試験によって予測する方法を提案してい る。さらに，過去に提案された過圧密粘土の非排水強度推定式の適用範囲を明確にしている。
第7章では，長期圧密粘土の非排水せん断特性にっいて，同じ過圧密比を持つ過圧密粘土のせ ん断特性と対比しつつ検討している。両者の非排水せん断挙動に及ぼす圧密条件（等方．Ko） およびせん断条件（圧縮・伸張）の影響を調べ，長期圧密後の粘土の非排水強度は，過圧密粘土 の強度推定方法と同じ手法によって推定可能であるが，変形係数にっいては，履歴の違いや圧密
時およびせん断時の応力条件により大きく異なることから，過圧密比の小さな粘土地盤の変形解 析にあたっては，過去に受けた履歴を十分に検討の上，必要な土質パラメ一夕を決定する必要の あることを明らかにしている。
第8章 は ， 本 論 文 の 結 論 で あ り ， 各 章 で 得 ら れ た 主 な 結 論 を 要 約 し て い る 。 これを要するに，本論文は，室内試験による長期圧密時の粘土のKo値の測定方法および三軸 試験の最適な実験方法を確立した上で，長時間圧密中のKo値の変化ならびにその後のせん断挙 動を明らかにしており，粘性土地盤の変形解析上有用な知見を与えるもので，土質工学の進展に 寄与するところ大である。
よ っ て ， 著 者 は 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め る 。
