平板載荷試験とともに，岩盤プロジェクトにおいて広

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(1)第 40 回岩盤力学に関するシンポジウム講演集（社）土木学会 2011 年１月講演番号 27. 岩盤せん断試験の粘着力とせん断抵抗角のブロックの挙動を考慮した分析富樫陽太1*・谷和夫2 1横浜国立大学大学院. 工学府. 2横浜国立大学大学院. 社会空間システム学専攻（〒240-8051横浜市保土ヶ谷区常盤台79-5）工学研究院（〒240-8051横浜市保土ヶ谷区常盤台79-5） *E-mail: [email protected]. 岩盤せん断試験のc，はばらつきが大きかったり，岩盤の性状から想定される値と大きく異なる値を示す場合があるため，破壊面の形状や状態，破壊時のブロックの挙動など試験の状況を基にデータの信頼性を吟味する必要がある．そこで本研究では，岩盤の工学的分類方法（JGS3811-2004）の岩盤分類に対し岩盤せん断試験のc，の取り得る値を示すことを目的として，2009年に地盤工学会から出版された原位置岩盤試験データベース 1)を基にデータの信頼性を吟味した上で整理を行った．その結果，小分類（岩石の強さ，不連続面の間隔，等）が高位の区分にあるほどc，は大きな値を示すこと，岩盤せん断試験のc，は硬岩でc =0.14~4.81MPa, 24.3~77.8°，軟岩でc =0.15 ~3.41MPa, 25.2~56.1°であることが分かった．. Key Words : rock shear test, cohesion, friction angle, in-situ test, rock mass classification.. 試験前. 1. はじめに岩盤せん断試験は岩盤の強度特性を原位置で求めるために，変形特性を求めるプレッシャーメータ試験や. 直荷重. Concrete block. 傾斜荷重. vf. 破壊時. 平板載荷試験とともに，岩盤プロジェクトにおいて広. 60cm. く行われている．しかし，岩盤は不均質で不連続であるために強度定. hf. 数（粘着力cとせん断抵抗角）のばらつきが非常に大きく，岩盤の性状から想定される値と大きく異なる不適切な値を示す場合がある．1)その場合には，強度定数. 60cm. hf：破壊時の水平変位 vf ：破壊時の鉛直変位 ACO：コンクリートブロックの破壊部面積 Ac：せん断面内の粘土部の面積. ACO. AC. を適切に評価するために，破壊面の形状や状態，破壊時のブロックの挙動など試験の状況を基にデータの信. τ. 頼性を吟味する必要がある．そこで本研究では，破壊面の形状と状態，破壊時の. tf. ブロックの変位を考慮してデータの信頼性を吟味した上で，岩盤の工学的分類方法（JGS3811-2004）の岩盤分類に対し岩盤せん断試験のc，の取り得る値を示すことを目的として，原位置岩盤試験データベース（以後 DBと称す）を基に整理を行った．2). 2. データ整理と信頼性の吟味の方法. v. f Vertical displacement v. (1) データ整理の方法本研究の整理方法は，DBのデータを用いて，データ. 0. hf Horizontal displacement h. 図-1 岩盤せん断試験の破壊時変位(vf, hf)の概念と破壊面の性状の一例. - 149 -.

(2) 0.025. 0.025 RST BST. RST BST. 0.020. 0.020. 棄却したデータ 0.015. hf/B. hf/B. 0.015. 0.010. 0.010. 0.005. 0.005. 0.000. A. (～100). B. (100～50). C. (50～25). D. (25～10). E. (10～5). 0.000. F. 棄却したデータ. I. (～2000). (5～0). II. IV. III. (2000～600). (200～60). (600～200). V. (60～20). VI (20～0). Discontinuity spacing s (mm). Rock material strength qu (MPa) 0.0075 0.0075. RST BST. RST BST. 棄却したデータ. vf/B. vf/B. 0.0025. 0.0025. 0.0000. 0.0000. A. (～100). B. (100～50). C. (50～25). 棄却したデータ. 0.0050. 0.0050. D. (25～10). E. (10～5). F. I. (5～0). (～2000). IV. (200～60). (600～200). V. (60～20). VI. (20～0). Discontinuity spacing s (mm). Rock material strength qu (MPa) 4.0. 4.0 RST BST. 3.5. 棄却したデータ. 3.0. RST BST. 3.5. 棄却したデータ. 3.0 2.5. 2.5 2.0. vf/hf. vf/hf. III. II (2000～600). 1.5. 2.0 1.5 1.0. 1.0. 0.5. 0.5 0.0. 0.0. A. (～100). B. (100～50). C. (50～25). D. (25～10). E. (10～5). -0.5. F. I. (～2000). (5～0). II (2000～600). III (600～200). IV. (200～60). V. (60～20). VI (20～0). Discontinuity spacing s (mm). Rock material strength qu (MPa). 図-2 岩盤せん断試験の破壊時の変位（上：vf，中：hf，下：vf/hf）と岩盤分類の小分類（左：岩石の強さ qu，右：不連続面の間隔 s）の関係. を地点毎に区別し，ロックせん断試験（以後RSTと称. チにはコンクリートブロックが破壊しているデータや，. す．）とブロックせん断試験（以後BSTと称す．）を区別した上で，岩盤の工学的分類（JGS3811-2004）の各区. 粘土層をせん断しているデータがある．本研究ではc<0，<0となる試験地点について，hf ，vf. 分について，試験地点毎に最少二乗法で回帰直線（実. や試験後のブロックの状態について検討した．検討した. 線）を引いて得たc， の平均値(cRST， RST）（cBST，. 試験地点の岩盤は{HM}に属するデータが12地点，{HF} に属するデータが3地点である．下記にhf ，vf ，hf /vf の. BST）を強度定数の代表値とした．3),4). 程度及び傾向を記す． a) 破壊時のブロックの水平変位hf. (2) 信頼性の吟味図-1に岩盤せん断試験の水平変位hf，鉛直変位vfの概念と破壊面の性状の一例を示す．図の様に破壊面のスケッ. 図-2に岩盤せん断試験のhf ，vf ，hf /vf と岩盤分類の小分類（岩石の強さqu，不連続面の間隔s）の関係を示す．. - 150 -.

(3) 8. 8. cRST, cBST (MPa). 6. 6. 4. 2. 0. A. (～100). B. (100～50). C. (50～25). D. (25～10). E. (10～5). 60 RST, BST(degree). RST, BST(degree). 60. 40. A. (～100). B. BST -. (100～50). C. (50～25). D. (25～10). E. (10～5). II. III. IV. VI. V. (20～0). Discontinuity spacing s(mm) 80. 0. I. (～2000) (2000～600) (600～200) (200～60) (60～20). 80. 20. BST. 2. 0. F. (5～0). RST. 4. Rock material strength qu(MPa). s(mm) RST I (~2000) II (2000~600) III (600~200) IV (200~60) V (60~20) VI(20~0). qu(MPa) A (~100) B (100~50) C (50~25) D (25~10) E (10~5) F (5~0). BST -. cRST, cBST (MPa). s(mm) RST I (~2000) II (2000~600) III (600~200) IV (200~60) V (60~20) VI(20~0). 40. 20. 0. F. (5～0). qu(MPa) A (~100) B (100~50) C (50~25) D (25~10) E (10~5) F (5~0). I. II. III. IV. (～2000) (2000～600) (600～200) (200～60). Rock material strength qu(MPa). V. RST. (60～20). BST. VI. (20～0). Discontinuity spacing s(mm). 図-3 硬岩系塊状岩盤{HM}についての強度定数( c， )と岩盤分類（岩石の強さ qu，不連続面の間隔 s）の関係. なお図-2の値はブロックのせん断方向の幅Bで正規化してある． hfはsの岩盤分類の区分が低位になるほど大きくなる傾向がある．これは不連続面の閉口のためであると考えられる．qu との傾向は明らかでない．hf/B =0.04×10-2~2.17 -2. ×10 である． b) 破壊時のブロックの鉛直変位vf vfはsの岩盤分類の区分が低位になるほど大きくなる傾. ・コンクリートブロックの破壊部面積Acoとブロックの断面積3600cm2の比Aco/3600cm2>0.20となるもの．・粘土の付着面積Acとブロックの断面積3600cm2の比 Ac/3600cm2>0.40となるもの．上記の信頼性の吟味によって棄却したデータ数は5で，データ整理・分析に採用したのは，データの棄却後に c>0，>0となった4つの試験地点である．なお，せん断面の性状で棄却したデータは破壊時の変位の情報がなか. 向がある．これは不連続面の方向角によっては鉛直方向. ったため図-4には含まれない．. に変位しやすくなるということを示している．qu との傾向は明らかでない．vf/B =-0.03×10-2~5.78×10-2である．. 3. データの整理・分析の結果. c) 破壊時のブロックのダイラタンシー角vf/hf hf /vf はsの岩盤分類の区分が低位になるほど大きくな. 本研究では岩盤の工学的分類方法(JGS3811-2004)の大. る傾向がある．これも不連続面の方向角との関係による傾向であると考えられる．hf /vf=-0.09~3.63である．. 分類毎と中分類毎に，小分類における傾向と程度を下記. (3) データの棄却. (1) 硬岩[H]. 本研究では，傾向から著しく外れるデータや試験の条. のようにまとめた．. 件として好ましくない，せん断応力tf‐直応力fのデー. 硬岩[H]について，小分類（岩石の強さqu，不連続面の間隔s）がより高位であるほど強度定数 (c，) が大き. タを棄却したうえで，強度定数を求めた．棄却したデー. くなる傾向は，c の方が よりも強い．また，この傾向. タの条件を下記に示す．・vf/ hf> 3.00となるもの．. は塊状{M}の方が葉状{F}よりも強い．硬岩[H]全体で RSTでは，cRST = 0.08~3.72MPa，RST=26.3~68.9°，でBST. - 151 -.

(4) 6. 6 s(mm) RST I (~2000) II (2000~600) III (600~200) IV (200~60) V (60~20) VI(20~0) -. cRST, cBST (MPa). 4. 5. cRST, cBST (MPa). 5. BST -. 3 2 1. 4. qu(MPa) A (~100) B (100~50) C (50~25) D (25~10) E (10~5) F (5~0). BST. -. 3 2 1. 0. A. (～100). B (100～50). C. (50～25). D. (25～10). E. (10～5). 0. F. (5～0). I. II. III. IV. V. (～2000) (2000～600) (600～200) (200～60) (60～20). Rock material strength qu(MPa). VI. (20～0). Discontinuity spacing s(mm) 80. 80 s(mm) RST I (~2000) II (2000~600) III (600~200) IV (200~60) V (60~20) VI(20~0) -. BST -. 60. RST, BST(degree). 60. RST, BST(degree). RST. 40. 20. 0. A. (～100). B. (100～50). C. (50～25). D. (25～10). E. (10～5). 40. 20. 0. F. (5～0). qu(MPa) A (~100) B (100~50) C (50~25) D (25~10) E (10~5) F (5~0). I. RST. BST. -. II. III. IV. (～2000) (2000～600) (600～200) (200～60). Rock material strength qu(MPa). V. (60～20). VI. (20～0). Discontinuity spacing s(mm). 図-4 硬岩系葉状岩盤{HF}についての強度定数( c， )と岩盤分類（岩石の強さ qu，不連続面の間隔 s）の関係. ではcBST= 0.28~4.81MPa，BST=24.3~77.8°である．. 軟岩[S]について，小分類（岩石の強さqu，マトリックスの強さqum）がより高位であるほど，強度定数 (c，). が大きくなるという傾向は，c の方が よりも大きく見図-3に硬岩系塊状岩盤｛HM｝についての強度定数(c，られた．軟岩[S]全体で，RSTでは，cRST = 0.78~3.41MPa， )と岩盤分類の小分類（岩石の強さqu (MPa), A～F，不連 RST=25.2~56.1 ° ，で BST では， cBST= 0.15~1.92MPa ，続面の間隔，I～VI）の関係を示す．RSTでは cRST = BST=25.7~44.9°である． (2) 硬岩系塊状岩盤{HM}. 0.08~3.72MPa，RST =26.3~68.9°,BSTではcBST= 0.14~4.81MPa,. BST=24.3~62.9°である．RSTもBSTも，岩石の強さと不. (5) 軟岩系塊状岩盤{SM}. 連続面の間隔による岩盤分類がより高位の区分にあるほ. 図-5に軟岩系塊状岩盤{SM}についての強度定数(c，) と岩盤分類（岩石の強さqu (MPa), D～G，卓越粒径 (mm)，. どは大きな値を示している．. I~VI）の関係を示す．cBST =0.15～1.92MPa，BST = 43.7～ (3) 硬岩系葉状岩盤{HF}. 49.9°である．. 図-4に硬岩系葉状岩盤｛HF｝についての強度定数(c， )と岩盤分類の小分類（岩石の強さqu (MPa), A～F，不連. なお，RSTのデータは1地点だけであるため検討はでき. 続面の間隔 s(mm)，I～VI）の関係を示す．RSTでは cRST = 1.35~2.59MPa ， RST=46.1~48.3 ° ， BST では， cBST =. 高位にあるほどc は大きな値を示している．しかし，卓. なかった．BSTでは，岩石の強さによる岩盤分類がより越粒径の影響はデータが少なく分析できなかった．. 0.28~3.28MPa，BST=29.3~77.8°である．{HF}についても， RSTもBSTも，岩石の強さと不連続面の間隔による岩盤. (6) 軟岩系礫質岩盤{SR}. 分類がより高位の区分にあるほどc，は大きな値を示. 図-6に軟岩系礫質岩盤SRについての強度定数(c，)と. している．. 岩盤分類（マトリックスの強さqum (MPa) D～G，礫の含有率 (%), I～VI）の関係を示す．RSTでは，cRST =0.78～. (4) 軟岩[S]. 3.41MPa，RST=25.2～56.1°，BSTではcBST =0.54～1.80MPa，. - 152 -.

(5) 5. 5 Dominant Grain Size(mm) RST I (~2) II (2~0.063) III (0.063~0.002) IV (0.002~0) -. 4. -. cRST, cBST (MPa). cRST, cBST (MPa). 4. 3. 2. 1. 0. BST -. -. 3. 2. D. E. (10～5). F. (5～1). G. 0. (1～0). I. II. (～2). Rock material strength qu(MPa). (2～0.063). III. IV. (0.063～0.002). (0.002～0). Dominant grain size(mm) 80. 80 Dominant Grain Size(mm) RST I (~2) II (2~0.063) III (0.063~0.002) IV (0.002~0) -. -. 60. 40. 20. E. D (～10). (10～5). qu(MPa) D (~10) E (10~5) F (5~1) G (1~0). BST -. RST, BST(degree). 60 RST, BST(degree). RST -. 1. (～10). 0. qu(MPa) D (~10) E (10~5) F (5~1) G (1~0). BST -. G (1～0). BST -. -. 40. 20. 0. F (5～1). RST -. I. II. (～2). (2～0.063). Rock material strength qu(MPa). IV. III. (0.002～0). (0.063～0.002). Dominant grain size (mm). 図-5 軟岩系塊状岩盤{SM}についての強度定数( c， )と岩盤分類（岩石の強さ qu，卓越粒径）の関係 5. Fragment Content(%) RST I (~50) II (50~20) III (20~10) IV (10~0). 3. 2. 1. 0. qum(MPa) D (~10) E (10~5) F (5~1) G (1~0). 4. -. cRST, cBST (MPa). cRST, cBST (MPa). 4. 5. BST -. -. -. 3. 2. D. E. (10～5). F. (5～1). 0. G. (1～0). II. I. (50～20). (～50). Matrix strength qum (MPa). III. (20～10). IV. (10～0). Fragment content (%) 80. 80 BST -. 60. RST, BST(degree). Fragment Content(%) RST I (~50) II (50~20) III (20~10) IV (10~0). 60. RST, BST(degree). BST. 1. (～10). 40. 40. 20. 20. 0. RST. 0. D (～10). E. (10～5). F. (5～1). qum(MPa) D (~10) E (10~5) F (5~1) G (1~0). I. (～50). G (1～0). RST. -. BST. -. II. (50～20). III. (20～10). IV. (10～0). Fragment Content (%). Matrix Strength qum (MPa). 図-6 軟岩系礫質岩盤{SR}についての強度定数( c， )と岩盤分類（マトリックスの強さ qum，礫の含有率）の関係. - 153 -.

(6) BST=25.7～55.3°である．RSTもBSTも，マトリックスの. 参考文献. 強さqumによる岩盤分類がより高位の区分にあるほど c，. 1) 富樫陽太，谷和夫：岩盤せん断試験による強度定数の岩盤の工学的分類方法（JGS3811-2004）に基づく標準偏差と変動係数に関する分析，Geo-Kanto2010，2010． 2) 地盤工学会：原位置岩盤試験データベース（2008 年度版），地盤工学会，2009． 3) 富樫陽太, 谷和夫：原位置岩盤試験 DB に基づく岩盤せん断試験から得られる粘着力とせん断抵抗角の分析， Geo-Kanto2009， pp160～164， 2009. 4) 富樫陽太, 谷和夫：原位置岩盤試験 DB に基づく岩盤せん断試験から得られる粘着力とせん断抵抗角の分析，第 39 回岩盤工学に関するシンポジウム, pp190～195, 2010． 5) 富樫陽太, 谷和夫：岩盤せん断試験から得られる強度定数の破壊面の形状を考慮した分析，第 45 回地盤工学研究発表会，pp451~452，2010． 6) Yota. T and Kazuo. T：Relationships between Strength Properties Obtained by Rock Shear Tests and Those by Block Shear Tests，ISRM Int. Sym. 2010 & 6th Asian Rock Mechanics Symposium，2010．.  は大きな値を示している．しかし，礫の含有率による分類は差異がないようである．. 4. まとめ岩盤せん断試験の破壊面の形状と状態，破壊時のブロックの変位を考慮した上で，岩盤の工学的分類方法（JGS3811-2004）の岩盤分類に対し岩盤せん断試験のc，. の取り得る値を示すことを目的として，データ整理・分析を行った結果，以下のことがわかった． a) 硬岩[H]の破壊時のブロックの水平変位hf hfはsの岩盤分類の区分が低位になるほど大きくなる傾向がある．hf/B =0.04×10-2~2.17×10-2である． b) 硬岩[H]の破壊時のブロックの鉛直変位vf vfはsの岩盤分類の区分が低位になるほど大きくなる傾向がある．vf/B =-0.0333×10-2~5.78×10-2である． c) 硬岩[H]の破壊時のダイラタンシー角vf/hf hf /vf はsの岩盤分類の区分が低位になるほど大きくな. 7) 土木学会：原位置岩盤試験法の指針，2000． 8) 地盤工学会：設計用地盤定数の決め方－岩盤編－， 2007． 9) 日本材料学会：ロックメカニクス，2002．. る傾向がある．hf /vf=-0.09~3.63である． d) 硬岩[H] 硬岩[H]について，小分類（岩石の強さqu，不連続面の間隔s）がより高位であるほど強度定数 (c，) が大きくなる傾向は，c の方が よりも強い．また，この傾向は塊状{M}の方が葉状{F}よりも強い．硬岩[H]全体で RSTでは，cRST = 0.08~3.72MPa，RST=26.3~68.9°，でBST ではcBST= 0.28~4.81MPa，BST=24.3~77.8°である． e) 軟岩[S] 軟岩[S]について，小分類（岩石の強さqu，マトリックスの強さqum）がより高位であるほど，強度定数 (c，) が大きくなるという傾向は，c の方が よりも大きく見られた．軟岩[S]全体で，RSTでは，cRST = 0.78~3.41MPa，. RST=25.2~56.1 ° ，で BST では， cBST= 0.15~1.92MPa ， BST=25.7~44.9°である．. ANALYSIS OF COHESION AND FRICTION ANGLE OBTAINED BY ROCK SHEAR TEST DUE TO BEHAVIOR OF CONCRETE BLOCK Yota TOGASHI and Kazuo TANI In analysis of rock shear tests, concrete block behaviors and conditions of shear plane are needed to concern, because cohesions and friction angles obtained by rock shear tests are vary widely. The relationships between strength properties of rock shear tests and third step classification(JGS3811-2004) due to both concrete block behaviors and shear plane conditions were analysed. The result demonstrated that higher values of coheisions and friction angles were obtained for the higher-rated third step classifications. The values of c=0.14~4.81MPa and =24.3~77.8°were evaluated for hard rock[H] and c=0.15~3.41MPa and =25.2~56.1°were evaluated for soft rock[S].. - 154 -.

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