三軸部分圧縮強度試験による地山シラスの力学特性

1

論　 文】 UDC ：624

．

131

．

2 日本 建 築学会 構 造 系論 文 報告集 第 370 _号

・

昭 和 61 年12_月

三

_軸部

_分

圧

縮 強度試験

に

よ

_る

地 山

シ ラ

ス の

力学 的特性

正 会 員

　徳

富

久 二＊ 　1

．

序 　 南 九 州 地 方と くに鹿 児 島 県の地 盤の大 半 を 占める シラ スの破 壊の主 因 が 引張 裂 けであることを

，

原 位 置におけ る直 接せん断 試 験3物 る い は圧 縮 試 験4）_{か ら見る こと が} でき， また崖 端に載 荷 し たときの崩 壊 を観 察す るとき， こ の引 張 裂け が主 因で あること をうか がわせ るS ｝

。

しか し なが らこ の よ う な破 壊の きっ か け

，

微 視 的に み た破 壊 が 引 張 裂 けであると 思われ る破 壊 条 件 を 実 験 的に確 認 す る試 験 法は

，

現 状で は提 案されて いないと考え られ る。 　土質 材 料の破 壊 条 件を見る試験 法とし て の通 常の 三軸 圧 縮 強 度 試 験におい ても

，

材 料 内 部ではこ の _{よ う}な微 視 的に み た材料固有の破 壊 現象が対 応し てい る と考え ら れ る_が

，

これ らを観察す ること がで きず， こ の 試 験 法はせ ん断すべ _りによっ て最終崩 壊する条 件と して の試 験 法で あると考え ら れ る

。

す な わ ち三 軸 圧 縮 強 度 試 験 下の試 料 も複合応 力 を受ける もの であり

，

そ の元になる破 壊 条 件 に_支配され て いる と考え られ る

。

　本 報 告の 目的は， 複 合 応 力 状 態の三 軸 部 分 圧 縮 強 度 試 験 を行っ て， 破 壊 現 象 と解 析 値の対 応 を 求め， シ ラス の 破 壊現象を考察する ことを主た る目的と する もの であ る

。

ま た合わ せ て， 脆 性 材料に お け る破 壊 状 態につ い て 実 験 を 行い検 討す るもの である

。

　2

．

実 験 概 要お よび 実 験 装 置 　三軸 部 分 圧 縮 強 度 試 験の供 試 体の載 荷 状 態を

，

図

一

1 に示す

。

載荷は 上下か らの軸圧 と供 試 体周 囲 か ら の側圧 か ら な り

，

軸圧 は供試体全 面に作 用 さ せ る全面 圧縮と

一

部に_作用させ る_部分 圧縮に分 けら れ る

。

こ こ で は載 荷 部 分の 直径 をα ， 供 試 体の直 径 を φ

・

a と し て

，

部 分 載 荷 率 〔γ

＝

α／φα

＝

1／φ）で示す

。

図

一

1の （a）は γ

＝

70／70 の全面載 荷， （

b

）は γ

＝

40／70の部 分 載 荷 状 態である

。

こ こでは部 分 載 荷 率 （γ）として 直径 比で表 現したが

，

面 積比で は _γ2 となる

。

　供試体の高さ （

H

）を部分載 荷 率に応 じ て変 化させ る の は

，

強 度に関す る形状効 果が同

一

にな る よ う に設 定す る た め で あ り， 圧 縮 部 分の 直径 （a）に対し

，

高さが 2倍に な る よ うに_決定し た。 　 図

一

2は 三軸 部 分 圧 縮 強 度 試 験 装 置を示 す。 図に示 す よ うに試 験装置は

，

三軸 室

，

窒素ガスボンベ

_，

_{蓄 圧タ}ン クおよび載荷装 置か ら な る。下方に三軸室の詳 細を示す。

A

が 供 試 体，

B

が 三軸 室 側 圧 加 圧 空 間，　

C

が部分圧縮載 荷 板，

D

はその反 力 板，　

B ’

，　

B ”

はそれぞ れ加 圧ノズル， 排 水ノズル

，E

はゴムス リ

ー

ブ，　Fは ゴムス リ

ー

ブ押え の ゴム環である

。C

の部 分 圧 縮 載 荷 板は

C ’

の ガ イ ドに 沿っ て供 試 体に部 分 圧 縮 載 荷ゼきる。

「

ξ

_・

1

⊥

汀

_．

．

ロ

。

。

⊥

　

国

Or4 ↓

、

「

」

凾

r

　

，

　

’

Ll

。。 。

．

．

J

　 　 　 　 〔e）　T

＝

　70！₇₀（b》　r

；

　40〆70 図

一

1 三軸 部分 圧縮強度 試 験 載荷概要お よ び寸 法 囗

一

v 　 　 　 齧 圧9

ン

， 窒

警

脆

ン’

凵

　 　 　 　 〔a） _全体_図 　 　 り

一

　 　

一

〇 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

躍

口 永 排 O 　 　 　 　 　 　 B F 　

　

E ー

−

ー じ

6

　 　 臥 　 　 D 　 口

．

1 水 　 注 E 　

「

　 6 L 位 計 イ ト

1L

リ

ン

ワ

圏

圏

加 圧 欅 厭tt体 侍底 鍍 リン9

“

1 亅ンワ

噛

」

本 報 告の

一

部は参 考 文献 1）

，

2） に 発表し た

。

＊ _{鹿 児 島 大 学　 助 教 授}

・

_工博 　 （昭和 61 年 6 月 30日原稿 受 理 ） 　 　 　 　 （b）　 三軸 室 図

一

2　三軸 部分 圧 縮 強 度 試 験 装 置

一

₁

一

　実 験 順 序は

，

全 体 圧 縮 （γ詈

70

／

70

）_で は供 試体を 同 形の上 下 載 荷 板で狭み_， ゴム スリ

ー

ブを被せ

，

ゴム_環を セ ッ トし て三軸 室 内に設 置して側 圧 を作 用さ せ た後， 軸 圧 を作 用さ せ る

。

部 分 圧 縮 （γ＝　40／70）で は， 供 試 体 に部 分圧縮 用の載 荷 板を図の よ うに設 置する ことによっ て実 験 する。 計 測は載 荷 板 （C）に取り付 け た 変 位 計， その上に取り付け た荷重計 （ロ

ー

ドセル_）で計 測す る。 　

3．

く さびのつ り 合いに よ る三 軸 部 分圧縮 状 態の解 析 　原 位置の圧縮強度試験およびせ ん断強度試験過 程の_破 壊 現 象は

，

引 張 裂け破 壊 現 象 が優 先す る

。

　三軸 部 分圧縮 試 験は 三軸 圧 縮 過 程で複 合 応 力 状 態下に あ る破 壊 現 象を解析 的に と ら える ことを目的と し て実験 的 研 究 を するもの で あり， こ こで は その解析 法につ いて 述べ る。 　写 真

一

1は 三軸 部 分 圧 縮 試 験に よっ て崩 壊し た供試体 の崩 壊 形である。 こ の供 試 体は石 膏 と砂に よっ て人 工 的 に作っ た試 験 体で あり

，

粘 着 力 をもつ シ ラスを想 定し た もので あ る

。

これ らの崩 壊 形を見る とき_， 載 荷 板の底 面 を 底と す る 円錐 状の く さ び を形成す る。 崩 壊の きっ か け とな る現 象は

，

く さびの圧入に よ る く さ びの周 辺 部の_引 張 抵 抗の喪 失に よる変形 過程に よ る もの で あ る

。

し た がっ て直 接の崩 壊 要 因は_， 引 張 抵 抗 力す な わ ち引張裂け に よ るもの であ る と考えられる。これ らの事 実に基づ き， 三軸 部分圧縮試験状態の崩 壊につ い て解 析する

。

　

3．

1　 解析 仮 定および崩 壊 形 　図

一3

に示す よ う に

，

ま た崩 壊 現 象か らも推 測 され る よ う_に

，

〈 さ び は載 荷 板 下で対 称に存 在すると して_， 図 の_{斜 線 部}の くさび が形 成 される もの とする

。

　

崩壊す る状 態における力のつ り合い は_， くさび 部 分の つ り合い状態 と

，

そ の他の部 分のつ り合い状 態に よっ て 得 られ る。 くさび部 分 以 外のつ り合い状 態か ら， x 方 向 写 真

一

1　 三 軸 部 分 圧 縮 強 度 試験による崩 壊 形

→

民

諦

ー

，

ユ

図

一

3　三軸 部 分 圧 縮 状 態の く さび形 成と力のっ り合い のっ り合いによっ て

，AA

℃

’

C ，

　

BB ’

D ’

D

_の部_分に引張 力が作 用す る。 　末 永

・

石 丸に よ る く さ び理 論に よ る解析5吃 参 考に し て本 条 件に適 用さ せ る

。

　 解析 仮 定と して 　 （1 ）　く さ びに_{作 用 す}る載 荷 板からの荷 重 を

P

とし 　 　　て

一

様な 分布 力（p ＞が作用 す る もの と す る。 　（2）　く さびの底 面に作用 す る 反 力 を

F

。 と して

，

こ 　 　　れ も

一

様に分布するもの と する

。

　（3）

AA ’

C

℃，　

BB ’

D ’

D

面に作 用する引 張 力は

一

_様 　 　 　な分 布 応 力であり

，

材 料の引張 強 度に相 当する も 　 　 　の と する。 　（4｝　くさび斜 面 上に作 用 する力は

一

様に分 布し， こ 　 　 　れ をく さび形 成 条 件と する

。

　 AA

’

C’

C ，

　 BB

’

D

’

D _面に作 用する引 張 応 力は_， く さび が形 状 変 化 すること なしに圧 入 すると 想 定す るとき

，

AA

’

_，

　 BB

’

_面が

CC ’

，

　

DD ’

_{面よ り大き}い 分布 をす る と 考えられるが

，一

点が引 張 強 度に達す る ことで全 体の破 壊に繋が る も ので は ないので

，

こ こ で は その面の平 均 応 力 が 引張 強度に達す る と考え

，一

様な分布応 力を仮定し て解 析するもの で あ る

。

　く さ び形 成 条 件は不 明で あ る が， これをせ ん断すべ り 条 件と同 様に τ

＝

a。＋ μ

・

σ と仮 定し て解 析 する

。

こ こ に T。 は初期せ ん断抵 抗 応 力 値

，

μは摩 擦 係 数

，

σ は垂 直 応 力 度である。 三軸 圧 縮 強 度 試 験の場 合， っ まり三軸 部 分 圧縮 強 度 試 験における全 面 圧 縮 状 態で も

，

こ の崩 壊 仮 定 が成立す るもの と考えられる の で

，

三軸 部 分 圧 縮 強 度 試 験に共 通 なくさび形 成 条 件の仮 定の下で， 材料の引張 強 度が決っ て い る と き

，

軸 方 向荷 重 （P＞を 求める ことに帰 着す る

。

　3

．

2　 解 　 析 　 図

一

4は ぐ さ び部 分の力の作 用 方 向および寸 法 関 係 を 示す

。

図に示す よ うに_崩壊 荷重に よ る分 布 力をρ

，

そ の 合 力を

P

と す る

。

ま た く さ び交差部 分に作 用す る分 布 力 を

fc

， その合 力 を

Fc

とす る

。

く さび部分に作用す る 垂 直 応 力 （σ）とせん断 応 力 （τ）の y方 向の成 分 を∫洗 と する9 　く さ び部 分につ い て考え ると

，

σ

，

τ による1

−

1

’

軸 ま わ り のモ

ー

メ ン トを求め る。 y の位 置で

ds

に作 用 する 　 　 　 　

f

　 　 　 1

「

図

一

4　く さ び部分の 力のつ り合い お よ び 記 号

一

₂

一

力 〔

AfX

τ｝は

，

　

f

；r を y 方向の 力 とす ると き

　　　

ノ茖．

＝

・sin・a ＋・cos ・

一 ・

・

…・

一 ……一

（1 ） であり， その力が半 円 周に作用 す る

。

またこ の力 の _重心 は1

−

1

’

軸か ら の距離を

X

。 と し て， r を半 径とする と

，

　　　

Af ；

1＝

f

；ゼ

ds ・

π

・

Y／う

…・

・

…・

∴

…………・

・

（2 ）

　　　x

。

− 2r

／π

…………・

・

一

_．

……一 …・

…………

_（3＞ で与え られ る

。

ds に作 用す る

1−1

’

軸まわ りの モ

ー

メ ン ト（

AM

茖r》tま，

　　　AM

髫τ

；−

2

・

f

多tdy ／cos α

・

yZ／

bt・

…



……・

_{（4 ）} し たが っ て

，

σ

，

τ に よ る

1−

1

’

軸 まわ りの モ

ー

メン トは，

　

　

　

MaT − 一

_∫

・M 湊

一

・

1

ノ

洗／（・・_c ・s ・）｝

・

濫

_幽 　　　　　

；

AA

・

f

渉r

’

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

t−・

・

・

・

・

・

…

　（

5

）

　　　

−

t − −

2a3Vi

−

F

−

5flb3

−

（

b− hS

）

1

／（

3

　

b3

_＞

・

・

…　

_{（6 ）}

　

次に半 径 r の円に

作

用す る垂直分布 力の重 心 位 置は

，

半円の重心位置 を0点か らy として

，

　　　 y＝ 4r _／（3π） （重心位置）

・

………・

一

（7｝ し た がっ て

P

に よ る

1

次モ

ー

メ ントは

　　　

竺

＝

・・

’

αt

°

1／

2°

4α／（3・）＝

BB ‘

P

……

_（

₈

_） 　 　 　

BB

＝ ・2

・

a3_／3 同様に

fc

に よ る モ

ー

メン ト〔

Ml

。）は 　　　臨

＝−

2／3

・

（

b一

ん）3

・

α3／

b3・

fc

＝

CC ・

五 　　　

CC

＝

− 2

_／

3・

_（

b− h

＞s

・

a3／b3

　　　　　　

・

・

…

　

一・

・

−t・

・

・

・

・

・

・

…

　

鹽

・

・

・

…

　

∵

・

…一

・

（9） 式 （5）

．

（8＞

，

（9） よりモ

ー

メ ン トのつ _り合い は 　　　舶

・

f

；

．

＋

BB ・

_P＋

CC ・

_五＝

0 ・

・

………・

（10） と な る

。

＜ さびが交 差し ない と きは

CC ＝

0とな る

。

　 軸 方 向のつ _り合い を くさ び部 分につ い て求め る と

，P

に よる力 〔Fp）は 　　　F。

＝一

ρπ

・

α 2 ／2

＝

PD

・

ρ 　 　 　

DD ；一

π

・

al／

2

σ

，

τによ る （

Faτ

｝は

　

　

　

翫

一

鷹

………・

……・

…

_（11） 　　　　　　　　

f

嵳，

・

ds ・

π

・

y／

b＝EE ・

∫渉． 　 　 　

−

h）a

　　　

EE

＝

πα2ん／（202）

・

〜／石Σ耳巧「

・

（2δ

一

ん） 　 　 　 　

……’

・

…・

…・

…・

・

………・

……

（12＞

fc

に よ る力 （乃。｝は 　　　 F」c

；

丿 

゜

π

’

1

（

b− h

＞a／

bl2

・

1／2

＝

FF

・

fc

　 　 　FF

；

π（わ

一

ん）2αワ（2　

b2

_） 　　　　　　

・

・

・

・

・

・

・

…

　

一

一

・

・

−s− ・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　（13 ） し た がっ て y方 向の力のつ り合い は式 （11）， （12）， （13） よ り

　　　EE ・

∫洗十FF

・

fe

十

DD ・

_p

＝

0

………・

・

……

_（

14

_） 式 （10 ）およ び式 （14） より

fc

を消 去して

，

　　　

ρ； （CC

・

EE

−

FF

・

AA ＞／（

BB ・

FF

　　　　　

− CC ・

DD ）

・

∫洗

……・

・

……・

・

……・

…・

・

…

（

15

） く さびが交 差し ないと き 　　　ρ＝

− AA

／

BB

ゾ_洗 ト φ

・

一

_刊

←

e剣

駈

ニ ニ ニ ニ

「

」

ボ

L

二 隔

。

，

匿

笏 n

氣

；

1

図

一

5　く さ び周 辺 部の力のつ り合い と な る

。

　次に く さび周 辺の力のつ り合い につ い て考え る。 図

一

5は く さび部 分 を除 く状 態の 力の作 用 方 向お よ び そのつ り合い関係 を示す図で ある。 （a）は力の作用 方 向 とつ り 合い 関 係 を示す概 念 図

，

（

b

）は計算過程に必要とし た 記 号および寸 法の関 係 図で あ る。 　半 径 方 向の 力の つ り合い を考え る

。

く さ び斜 面上の応 力 （σ

，

・

τ）によ る x 方向の応 力 を滞

。

とすると，

　　　

ノ茖．

＝

σ cOS ・

一

・ sin α

一 一

・

………・

…・

…・

_{（16 ）} 図

一

5の よ うに _跨τ や

P

。が 作 用 するの で

，

』

これ ら を

f

とする と半 径 方 向の_力は 2

・

_ノ

・

r と な る

。

　∫盈に よ る半径 方向の合 力 （

R 。

，｝は，

　

　

　

・諾

蕊

2盟 ・／

b

… 一

面 ・

_・＋

而 ・

τ 　 　 　

GG ＝h

α2／δ

・

（

2

　

b− h

_） 　 　 　

HH ＝一

んα2／

b

『

・

（2　

b一

_ん） 　　　　　　

・

・

・

・

・

…

　

一・

tS・

・

・

・

・

・

…

　

t・

t−・

t・

・

・

・

・

…

　（

17

＞ く さ び が交 差しないと き

R

σt

−

fo

　 ua 　

2・

ノ盈

・

！ノ／δ

。

ds ；

α2b σ

一

α2τ 　 　 　 　

；

GG

・

σ十HH

・

τ 　　　

GG

； _α2_δ

，

　

HH

＝

一

_α2 と な る。 　側圧 （P。）に よ る半径方 向の力 （

Rp。

）は ・・

一一

∬

P

・

・

・

・

… φ

・

si…

d

・ 　

＝−

2Pガん

・

atrφ

＝

II

II

　

＝

＝− 2

かα2

・

_φ

・

Po

・

・

_（18）

・

・

・

・

・

…

_（

₁₉

_＞ 　次に引 張 強 度 （

F

，）に よ る半径方向の合 力は

，

図

一5

の （a_）に見るよ うに

，

斜 線部の面 積に引張強 度 （F，）を掛 けて

，

　　　

RFe＝− 2・

F

，

・

lil

・

α

・

h ・

a 　　　　　

−

（α＋（δ

一

ん）／b

・

α）九

’

・

α／2｝

；

JJ 　

−

（20 ） 　　　 JJ

＝−

2

・

ん

・

a2

・

〔φ

一

1十

h

／2　

b

_）

・

F

_， くさ び が交 差しない と き

　　　

墨

＝『

2

°

F・

’

〔φα

’

んα

一

α／2

’

うα｝

．

…．

．

．

…

（

21

） 　　　

JJ ＝−

2

・

α2

・

（φ

h− b

／

2

）

・

F

， 式 （18）

，

（20）

，

（21） より 　　　 GG

・

σ＋HH

・

τ＋II＋JJ＝ 0

・

…・

…一…一 …

（22） 　く さびの形 成 条 件と して τ

一

τ。＋μσ と す る と

，

これ を式 （22）に代 入 して 　　　σ

＝一

（HH

・

To 十II十Jの ／（GG 十HH

・

μ）

……

（23 ）

一

₃

一

　また くさ び形 成 条 件に σ を代_入 し て τ が決まる

。

式 （15）は次の よ うになる ので上 式か ら求め た σ_，τ より， 　　　 P

＝

（

CC

・

EE − FF ・

ん

4

｝／（

BB

・

FF −

CC

・

PP

） 　 　 　 　 　

°

（σsin 　a 十τ cos 　a｝

’

’

’

”・

………・

・

・

…

　

…

（24） と し て求め ることが で き る

。

　

b

の変 化に伴って p を 計 算 するとき

，

ρ の極 値 問 題 と な り

，

p の極 小 値が求める崩 壊 荷 重 度とな る

。

　

4．

石 膏 砂 供 試 体およ び 粒 状 供 試 体に関 する実 験 　 未か く乱シラ ス試 料の三軸 部 分 圧 縮 強 度 試 験へ の適 用 に_先だ ち

，

石膏と砂の混合 供試体 （石膏砂供試体 〉と散 弾 状の_{鋼 球}を石 膏に混 合し た供 試 体 （粒 状 供試体）につ い て， 三軸部分圧縮 強度試験を実施し て その破壊状況 を 観 察

・

考 察し た

。

石 膏 砂 供 試 体は引 張 強 度 を有す る固 結 物 質を 想定した もの であ り， 粒状供試体は鋼 球に よっ て せ ん断すべ _{りを生 じ や す}い よ うに想 定し た， 鋼 球 を石 膏 によっ て 弱く結 合させ た供 試 体で ある

．

　 4

．

1 供試体の混合お よび実験 方 法 　試験供試体の_材料の配合を， 表

一1

に示す よ う な重 量 百分率で示す

。

　 作 製 方 法は

，

パ ン_型 ミキ サ

ー

に よ り表の混 合 割 合で練 り混 ぜ

，

ア ク リル製の シ リンダ

ー

型わ くに打 ち込み_， 入 念に_突き 固 め た後

，

固結す るの を待っ て脱 型する

。

これ を乾 燥器に入れ て_絶乾状態において試 験 する。 　本 試 験 を実 施する前に_， 供 試 体が小さ く な るこ と に よ る強 度に与え る効 果 を見るた めに直 径 と 高さ （直 径×高 さ）が （70mm ×140　mm ）， （40　mm ×80　mm ＞， （20　mm ×

40mm

_）の

一

_軸圧縮 強 度 試 験および 三軸 圧 縮 強 度 試 験 を行っ て そ の効 果を見る実 験を行 う

。

　三軸 部 分圧縮 強 度 試 験の試 験 体の数は側 圧が 0， 1，2，

3，4，5

　

kg

_／cm2 の

6

_{通 り}につ い て_，石 膏 砂 供 試体は

3

個， 粒 状供試体は1個と す る

。

石 膏 砂 供 試 体は γが 70／70， 40／70の 二 組 で 計 36本 で あ る

。

粒 状 供 試 体は γ が 70／70

，

40／70につ いて計

12

本である

。

　計 測は軸 方 向の荷 重 をロ

ー

ドセル で

，

軸 方 向の_変位を 変位 計で行う。 　4

_．

_{2 実験 結 果} 　石 膏砂供試体の_結果 　 寸 法 効果 　載 荷 圧 縮 部 分の大き さによる強 度に及 ぼ す寸法 効 果を 見る ために行っ た試 験であり

，

載 荷 部 分の 直径と その

2

倍の高さ を持つ _{供 試 体 （φ}70皿m ×140mm _{， φ}40　mm × 80mm

_，

φ20mmX40mm ）にっ い て_，

一

軸 圧 縮 強 度 試 験お よび側 圧

3

　

kg

_／crnZにおい て三軸 圧 縮 強 度 試 験 を 行っ て比 較し た

。

表

一

2およ び表

一

3がその結果である

。

検 定の結 果は差 を 認める ことは でき ない_{。 寸法 効果}は認 め られない

。

　 引張 強度 　引 張 強 度 を見る ために割裂引 張 試 験を実施し た。 表

一

一

₄

一

4がそ の結 果で ある

。

し たがっ て石 膏 砂 供 試 体の引 張 強 度 をO

．

　91　kg_／cme _とする 。 　三軸 部 分 圧 縮 試 験 結 果 　 破 壊状 態は解 析に お い て仮 定し た よ うに

，

載 荷 板 直下 （軸 方 向 ）に く さびを 形 成し， そのすべ り出しと周 辺 部 の 引張 力が材 料の引 張 強 度 を超え ると きに崩 壊 する。 表 供 試 体 蟹 闢 石 臂砂憐試体 粒　 状 碓 鼠 儒 表一

1

_{供 試 体 混 合 重 量 比} 　 石膏 　 　 　 水 　 　 　 NPt 　 　 　 剛 乾 砂 1fiot6 ！DT ［113672ta 乾Pt容 面 207【

呂

！c“P5 岨 　‘

ρ

　 ， 表

一

2　

一

軸圧縮 強度 試験 結果 φ　　 ｛

■

巳

， 70 40 20 P　 　〔ヒ5，

σ

。

〔k8κ

。

り 1985

，

141644261594

，

13 　q3

．

26 　403 ：旧 　393

．

10 　LO3

，

且8 　154

，

17 　L23

．

82 平 均（転

ε

ノ

‘

の 4

．

5L 3

、

L8 3

．

92 表

一

3　三軸 圧 縮 強 度 試 験 （側圧3kg／cm2 ） φ　 　　 〔

闘

，

， 70 40 20 ρ　 　 　 〔k8 ）

r

　 【k

‘

κ

・

り ‘70L223B3 囮

．

o ヨ7τ 9

．

312910

．

3m 了 8

．

5 田68

，

↓ 　32102　361L5258

．

コ 平 均【k匡！GOり lu

，

τ 9

．

匸 四

．

o 翠藁

一

r4 　害亅裂 弓【張 試験 HoP 　　　　（Le ） σt 〔k81cdi） 19039 　 0 2Moo913DL49 表d5　 最 大軸 圧 （崩 壊 荷 重 度 〉

一

石 膏 砂 供 試体

（

田

_驂

り

丶

_”

置

〕

　

』

出 墅 師 分 載 荷 串 7

巳

70／7日γ

＝

40／70 側 圧 崩 壌 断 匿 度 （kg〆o巳零） （k8ん晒り 〔k‘〆o団り ↑

．

178

．

28 o 4

．

187

．

？2 3

．

014

．

77 10

．

82H

．

70 1 6

，

7412

．

73 6

．

28LL46 9

．

25L9

，

42 2 9

．

9816

．

55 10

，

1915

，

36 互3

．

6031

．

35 3 L3

．

8LL9

．

58 13

．

2719

．

26 17

．

252B

．

72 4 L5

．

9326

．

02 L6

．

U24

，

37 18

．

8830

．

oo 5 2止

．

3526

．

34 20

．

5724

．

75 0　　 　 1　 　　 2　 　　 s　　 　 　喝　 　 　 5 　 　 　 　 佃 圧　PD 〔k

‘

！G

・

t） 　 　 　

一

●

一

一：

‘

TelT｝　 竃 駿 値の量 小 自 只 騨 　 　 　 一 r

冒

40t70　　　　　　

窄

　 　 　

一・

一・

一

實 験 體 か らの 95：償 組 園 犀 　 　 　

一

・

一

一

一

一

廓ortt 図

一

6　石膏砂供試体の_側圧（P。｝と軸圧 （P｝の関係

一

_{5は各 試 験 条 件に よ る崩 壊 荷 重の結 果で ある}

_。

_図

一

₆ は これ らの結 果 を 側 圧に対 して プロ _{ッ トし たも}の であ る

。

　こ れ ら の結 果を直 線 近 似 し て回 帰 直 線とし て 求め る と

，

　γ

；

70／70で は 　 　 　

P ＝

3

．

05P 。十4

．

52　（

kg

／cm2 ）∵

・

……・

・

……

（

25

） 　γ

＝

40／70 で は 　 　 　

P

＝

4，

29PD

十

8．

　

e8

　（

kg

／cm2 ）

………・

・

……

（

26

） と なり

，

図

一

6にその回 帰直線を示す。 ま た図 中に は

95

％の_{信 頼 限 界}を

一

点鎖 線で示す。 　粒 状 供試体の結果 　 粒 状 供試体の傾 向も

，

前 述の石膏 砂 供試体の場 合 と 同 様に

，

側圧 の増 加に伴っ て軸 圧 （崩 壊 荷 重 ）は増 大し

，

そ の関係は直線 関係にある ことが わ か る

。

崩 壊 現 象も載 荷 板 下に円錐の く さ び を形 成し_， ある すべ り条 件によっ て決 定さ れ る く さ びの形 成 （く さ び形 成 条件 ）に よっ て 圧入 さ れる

。

　図

一

7は粒 状 供 試 体の 側圧 （

P。

｝と 軸 圧 （崩 壊 荷 重 ） （

P

）の関 係 を 図 示し た もの で あ る

。

　 直 線 関係 式は 　γ

＝

70〆70で 50 宅’° 暑_，。 L 瞿，。 10 00 　　 　 1　 　 　 2 　　 　 3　 　　 4 　 　 　 　 側 底 　　Po 　〔k‘！c

■

魯

レ 　 　

ー

一

●

−

　t

・

70／70 　 　 十 　　r

．

40！70 　 　

−・

一一

　冥 験 臆から の 　 　

一

−・

一

一

一

　 騨翫 置 ろ／

’

／ ／

_！

・

’

／6 　／

「

，

／

　！．

／

齟

ノ

　

　

」

’

／ 粒 状 横 鼠 体 5 翼験腿の 最 小 自 璽 躱 　 951 億 翰 田界 図

一

7　粒状 供 試 体の側圧 〔P。｝と軸圧（P＞の関 係 3D

皇

・・

i

、。

■

u

、

コ マ O ら

．

り

、

_■

遇

》

　

　

　

5

駄

　 　 　 　 O

、

1　　02 　　0

，

3　　0

．

1　　囲

．

5　　0

．

6 図

一B

　く さ び形成条件の_算出 （石 膏 砂 供試体） 　 　 　P

＝

・

5

．

51Po 十8

．

78 　（

kg

／cm2 _）

・

……・

…・

・

…・

_（27 ） 　γ

＝

40／70で 　 　 　

P ＝8．

18Po 十16

．

01

_（

kg

／cm2 _）

……・

…・

・

…

_（

28

_） であり

，

図中に示 し た。 　こ の供 試 体 材 料の割裂引張試 験に よ る引 張 強 度は平 均 して

1．

16

　

kg

_／cm2 で あっ た

。

　4

，

3　石膏砂供試体お よび粒 状 供 試 体の解 析 　石膏 砂 供 試 体 　 実験 結果か ら側圧と軸圧の_関係は直線関係にあ ること が わ か る

。

あ る く さび形 成 条 件お よ び引 張 強 度につ い て

，

三軸 部分 圧縮試 験状 態の実 験 結果が対 応し なけれ ばな ら ない。 γ

＝70

／

70

の全面圧縮の場 合 も部 分 圧 縮の特 殊な 場合

，

と考え ることがで き る

。

こ こでく さび形成 条 件は 不明で あ る が， 全 面 圧縮の

試

験 条 件も部 分 載 荷の解 析に 従う もので あ る と考え られ る

ID

．

で

，

_γ

＝

70／70の実 験 結 果 か ら求め ること がで きる。 図

一

8に く さ び形 成 条件の 算 出 方 法 を示す

。

γ が70／70の と きの

Mohr

包絡線は

，

τ

＝

・

1

．

29＋σ tan　30

．

4

°

と な るの で， く さび形 成条件は こ の近 傍に あ る と仮定し て

，

r＝ ・T。＋μσ （く さび形 成 条 件 ） の τ を 1

．

29

　

kg

／cmZ か ら前 後 に 変化 させ

，

μ を tan

30．

4

°

＝

0．

586

』

か ら0

．

05つ つ 変化 さ せ る と き の Po

＝

0 （

kg

／cm2 _）と

5

（

kg

／cmz _{）の 崩 壊 荷 重 度}の値を

，

先に 求め た計算過 程 を導 入し たプログラム より計 算 する

。

三 軸 圧縮 試験で は

’

P

。＝

okg

／cm2 の と き崩 壊 荷 重 度 （P）は

4．

51kg

／cm2 _，　

P

。＝

5kg

／cm2 の とき19

．

　75　kg／c皿 2 で あ る の で

，

τ＝ 1

．

　

29

　

kg

／cm2 の ときμ を 変 化さ せ る と

P

。 が0と

5kg

／cm2 の_線で それ ぞれ

A

_，　

A ’

で交 差する。 こ の と き

A

の と きの _μと A

’

の と きの _μ は異な る結 果を示 す

。

く さ び形 成 条 件は試 験 条 件が異なっ て も同

一

であ る もの とみ な し た とき

，

_{こ の μ} は同

一

の結 果を 生 じ な け ればな らない。 した がっ て τ を変化させ た と き，

A

と

A ’

の μ が同

一

と な る。 っ ま り 図 で

A ，．

A ’

の線が垂 直に な る 条 件 を

隶

め るこ とで ある

。

図の

AA ，

　AA ’が求め る r とμ であ ることが わ か る

。

　この結果は 　 　 　τ＝ 1

．

03kg ／cm2

，

_μ

＝

0

，

28 で あ る。 　図

一9

は

，

求め ら れ たくさ び形 成 条 件 を使 用して

，

部 分 載 荷 率が γ＝ 70／70 ，ア

＝

40／70につ い て側圧 と軸圧（崩 壊 荷 重 ）の関 係 を 計 算 し たもの で あ る。 γ

＝

70／

70

につ い ては実 験 結 果に合 致す る よ う に

，

く さ び形成条件を選 択し たの で実 験 結 果と 合 致 す ること は 明 白で あ る

。

この 条件による_{計算結果 を γ}

＝

40 ／70 につ い て比 較する

。

結

’

果 を 図

一

6に プロ ッ トすると

，

図の点 線に示す ように な る

。

こ の結 果か ら もわ か るよ うに

，

実 験の回 帰 直線とは 完 全に

一

致す るもの で は ないが

，

95％の信 頼 限 界に入 り

，

く さ びのつ り合い に よ る解 析の妥当性が う か が え るe 図

一

9 （

b

）は解析過程を示す もので あ る

。

横軸は く さび

一

₅

一

50

萼

、o

き

臨

　30

崟

2・ 1000 　　 1　　 2　　 3　　 4　 　　5 　 　 　 側 臣　　Po　（k区lc

●

巴

） （8） 側 圧と軸Eの関 係

．

120so “ 　 0 　 20 　 80

（

網

昌

丶

_悶

5

_．

臨

04 r 司0！η 70〃o 　 　 0 　 　 　 0　　2　　4　　　5　　8　　1D　　12 　 　 　 ／b 　 　 　 〔b ）　 く　さ び 形 成 位 置 と 軸 圧の闘 係 図

一9

　石 膏 砂 供試 体の解析 過 程 とその_結果 50040302

（

欄

響

り

丶

_■

o

占

〕

　

』

田 蓼 10

・

0 　 0　 　 且　　 2　 　 3　　 4　 　 5 　 　 　 　 側圧PO　（lg〆C

●

1） （の 側 庄と軸巴の蘭係

：

．

120BO 竃 40 茎 ぎ 　

_店

120 　 80 　 40 　 　 　 0　　 2　　4　　 6 　　 8　　 10　 12 　 　 　 b 　 　 ｛b） く さ び 形 成 位 豊 と 軸 旺 の 闘 侮 図

一

10　粒状供 試 体の解 析 過 程と その結 果 形 成位置

b

〔く さび載 荷部の半 径の

b

倍で表 す ） を， 縦 軸は軸 圧 を 示すもの であ る

。

軸圧の極小 値が求め る崩 壊 荷 重 度で ある

。

く さび形 成 位置

b

は 2

〜3

であ るこ と が わ か る。 　粒状供試体 　粒 状 供 試体の_{解 析 結 果}を

，

図

一

10に記す

。

　図

一

llは_， く さ び形成条 件を算 出す る ための もの で あり

，

図

一

8に対 応する

。

こ の結果 く さ び形 成 条 件は 　　　t

＝

1

．

58kg／c皿z

，

_μ＝

0，

64

によっ て全 面 圧縮 載荷にお け る実験結果を満足 する値を

一

₆

一

　

　

6

　

　

3n ユ

、

3

飼

_■

り

丶

_剛

」

の

_■

O

』

｝

3R   9

、

【

＝

、

　

　

9  

り

丶

＝ O

・

£

響

｛

  o

丶

聟

UO

　

　

　

　

　

79

　

　

　

　

　

0

_に

日

．

5 図

一

11くさ び 形成 条 件の算 出 （粒 状 供 試 体） 与え る

。

これ らの _値に加え て_{， 引 張強度}を

1．16kg

／cm2 とし て， γ＝

70

／

70

と 40／70の と きの 崩 壊荷重を推 定す る と

，

図

一

10 （a_）に示す値とな る

。

図

一

10（

b

）はこれ らの_計算 過 程を示す

。

図

一

7に_{粒 状 供 試 体}の実 験結 果を

’

比 較 するために_， 計 算結果を図

一10

から転 記 し て点 線 で示す。 またこ の図には

．

一

点鎖線で示すよ うに

，

実 験 値の 95％信 頼 限 界 も 図 示し ている。 図か ら明らか なよ うに

，

実 験 値は_， 95％の_{信 頼限 界}で解 析 値から出 現 し て い る とみな し てよい もの と考え ら れる。 　以上

，

石 膏 供 試 体お よ び粒状供 試 体につ い て実 施し た 三軸 部 分 圧 縮 強 度 試 験の_結果は

，

く さ び理 論による解 析 値と ほ ぼ合 致 すること が わ か り

，

三軸全面圧縮で あっ て もこ の 計算仮定が 適用で き

，

崩 壊を 統

一

的にとらえる こ とがで き る。 こ の 場 合 崩 壊にか か わ る重要要素は

，

材 料 の引 張 強 度と く さび 形成条 件である。 く さび形 成条件の T

，

μは 三軸 圧 縮 強 度 試 験 結 果に より求め る こ とが で き る。 　

5．

シ ラスの三 軸 部 分 圧縮 強度試 験

　

三軸部 分圧縮 強 度 試 験 を地 山シ ラスに適 用 する

。

対 象 と し た シラ ス は鹿 児 島市 内に_{普 通}に存 在 する地 山シラス であ り

，

シラス の分 類 上か ら は 入戸軽石 流の非 熔 結 部

・

ふつ _うシ ラスである

。

地 山シ ラス の力 学 的 性 状は含 水 状 態 およびか く乱と_未か く乱の_{状 態}によ り異な ることが 知 られるが， 未か く乱の 自然状 態の地 盤 内の含 水 比は通常

20

％ 前 後 （18

〜

22％）と ほ ぼ

一

定し て い る

。

し たが っ て地 盤の支 持 力を問 題と すると き地表層 を除い て は含 水 の影響を考慮し な くて よいもの と考え ら れ る。 本 報 告で は

，

文 献

7

）に示し た サンプラ

ー

を地 山シラス 中にオイ ル ジャ ッキに よっ て押し 込 んで採 取し た未か く乱供試体 を使用 して_， 三_{軸 部分}圧縮強 度試験を実施し た もの で あ る

。

　は じ めに_， 三軸 圧 縮 強 度 試 験の結果 か ら地 山シ ラス の くさび形 成 条件を求めて_， その_結果を使 用して 三_{軸 部}分

圧縮強 度 試 験 を推 定 する。 　地 山シ ラ ス の三軸圧縮強度試 験は 三軸 部 分 圧 縮 強 度 試 験の供 試 体採取地と同

一

の _採取 地の結 果 を採 用 する

。

次 式に示 す 結 果を既に得ている7 ｝

。

　主 応 力で_表示して

　

 

．

　

σ 1＝ 4

．

15_σ3十

1．

52　

（

kg

／cmz ）

……・

…・

……

（

29

＞

』

破 壊包絡線で表示して

　　 　T＝

O．

37

十σ

・

tan

　37

．

7e　（kg／cmz ）

…・

……・

（30 ）

側圧 がOkg ／cm2 の と き σ1 は

1．

52

　

kg

_／cm2

，5kg

／cm2 の と きσ、は 22

．

27　

kg

／cm2 とな る。 こ の と きの く さび 形 成 30

【

＝

、

  ミ

『

鍔 乙 竃

囲

5

、

_圏

盖

卩

o 巳

　

　

　

　

　

　

　

　

　

2

【

．

_．

_り

、

二

〕

_」

　 　 　 1

．

口 　 　 o

．

2　e

．

3　0

．

4　0

．

5　0

．

E　o

、

T

’

o

．

3

　　　　　　　 μ

図

一

12　シ ラスの く さ び 形成 条 件の算 出 30 2nR

輔

_・

₉

丶

_曽

己

匹

圉 躍 　 　 e 　 　 　 l　 　 　 z　 　 　 1　 　 　 4　 　 　 5 　 　 　 闘 E 　　Po　〔」ltc

■

■

， 図

一

13　シ ラス の側 圧 と崩 壊 荷重の関 係

堋

e ．

．

o

・

ヨ

．

o 2

．

e 1

．

o 　n 図

一

14 　 2　 　　 　3　 　　 　 ‘

・

　　 　 5　

’

　 膩 圧　 　Fo　tl

■

ie

●

t

］ く さ び形 成 位 置の変化 条 件を算出 す る

。

　図

一

12は_図

一

9お よ び図

一

11と同 様の方法で求め た く さ び形成条件の_算出 法である。 こ の結 果か ら く さ び形 成条件と して次の よ うな値を採 用す れ ばよい こと が わ か る。

　　　

τ

＝O．

43

　

（

kg

／cm2 ）

，

　

μ

＝0，

45

…

　

一・

・

・

・

・

・

…

　

s…

　

（

31

｝ 　次に これら の条 件に よっ て求め ら れ る 三軸 部 分 圧 縮 強

　　　　　　　

1 度 試 験の結 果を推定 して

，

図

一13

に示す

。

　図

一

14 は計算 過 程に よっ て得ら れ た く さび 形 成 位 置 の変 化 を 示 す もの であ る。 　以 上の予 測の も とに

，

シ ラス の三軸 部分圧 縮 強 度 試 験 を実 施し た。 　本 実 験は

，

先の石膏砂供試 体お よび 鋼 球 使 用の供 試 体 の試験装置と異なる もの であ る

。

先の実験は供 試体の設 置 が 極めて困難で あっ た。 試験機の L

・

_{部 を改 良し} ， 図

一

15に示す よ うな三軸部 分 圧 縮 室 を作 製 し

，

これに よう て実 験を行うこと に し た

。

　

図は， γ＝　

40

／

70

の部 分 圧 縮 試 験 状 態の試 験 装 置の例 を示す

。

載 荷 装 置は

，

カム によ り 上下 同じ荷 重 速 度， （荷 重 速 度は調 整が可 能で ある。）をロ

ー

ドセル を 通じて， 上下の 中 心 軸A， A

’

に作 用させ る もの である

。

部 分 載 荷 状 態に よっ て

，C ，

　

C

’

，

　

D ，

　

D ’

の組み合わ せがある。 γ

＝

70／70 は Cが な く

，D

の 直径 が 供 試 体の直径にな る

。

γ

＝

40／70の

場

合

，

D

_，

　

D ’

の _直径が 40　mm に なり_，　

C

は 肉厚 を持っ た円 筒であ る。図の よ う に供 試 体 を設 置して

，

ゴ ム ス リ

ー

ブを載 荷 部 分 （図の

C

_，

C ’

部 分 ）と ともに 被せ， ゴム輪 を図のように配 置す る

。

こ の よ うに ゴム輪 を多 く配 置 する の は

，

水圧が加わっ だと き， 部 分 載 荷 装 置 部か ら

，

水圧に よ りゴム ス リ

ー’

ブを突き破り

，

供 試 体 へ _{水が浸 入す る}のを防止するた めで ある

。

　

実 験の方法は， 側 圧

PD

を作 用さ せ た後

，

上下か ら軸 方向荷 重

P

を作 用させ て崩 壊まで至 ら し め る

。

計 測は

　

　　

　　

o

・

｝

’

鴫

L

上晒 位隔 鼻 臼 … P

，

鴨

樹 膰円 圖 匸　　o

コ

“

咼鯛 三 軸 邪 分匪 臨 室

→

　1 購 鼠 体 Jn』 

ト

7

巳

C

’

直

・

6

’

ガ

・

卩

一

卜

凾

晒 _{下 騒} 配位 計 側 帽

’

図

一

15　 改 良した三軸 部分圧縮室

一

₇

一

4v

ゴ

｛

〜

°

　 　 　 O 国H　 　　O

．

］

V 図

一

16　応 力度

一

ひずみ度 曲 線 表

一

6　シラ ス の三軸部分圧縮強度 （γ

＝

40／70） 凹 圧 Po【k厚ノc勵り 崩_{壇 襾 煎 度} P（k8んの o

．

00

，

0 1

．

490

．

49 LlL

，

1 9

．

499

．

正7 2

，

巳 2

、

o 174815

．

B8 2

．

93

．

o Z1

，

2224

．

D2 4

、

D4

．

95 』 31

．

4834

．

B633

．

74 LO 3e 　 　 　 　 20 ド 、 ミ

_・

_，

」

＝ 出 8 10 　 　o 　 　 O　 　 1　 　 2　 　 3　 　 4t　 　5 　 　 　 塵 圧 　　@Po　【kSlt

，

T 図一

17

　三軸 部 分 圧 縮 強 度 試 騒 <TAB><TAB><TAB><TAB><TAB>

　

　　

o <TAB><TAB>0 <TAB>

<TAB><TAB><TAB><TAB><TAB>

上 下 のロード セルに_{よる 荷重と}上_下の 位 計測棒 に設置 した 変 位

計

よる 変位で あ る 。 　荷 重の計 測 結果は，ほ

ぼ

上下 と に 等しいが ，これ を 平 均し て求める。変位 は 上下の 位 を 合計し て こ

れ

軸 方 向 変位とし た。 　これにより 安定し て三軸 分圧縮室に 供

試

体 を 設 置 す る こと が でき

，

供 試 体上_下 変 位 量をほぼ 同 一とみな せ， _上下対 称 に載 する

こ

とが で き ， 実 験でき る 。 　 図一

16

は シラ

ス

三軸部分 圧 縮強度 試験 の

応

力度一 ひずみ度 曲 線

で

る。γ ＝40 ／

70

の 場合で ある。 　 側圧P

ﾆ

崩壊 荷重

P

の関係は 表一

6

と

_{なる 。 　 この関 係} を 示 する と，_図一

17

に示す

よ

うに な る。 _この関係は ，_解析

計

の 図一13 の γ＝

40

／

70

に

対

応す る。 比 較 し

て

験値は_解析解とよく 一 致 す るこ がわ かり， 解 析 の妥当 性が う か がわれ る 。 　以

の

_地

山

ラスの 三軸部分圧縮度試験結 果か ら およ 一

8

一 そ 次 の ような 結論 を 得 る こ とができ る。 崩壊は ， 載荷 板 下に形成されるく さ び

の

圧 入 によ って 沁 資

ﾌ

周囲のシラ スの裂 け 破 壊に よる。し たがって崩壊 荷

重

度は 裂け を 起す引張 強度

に

_{よっ て 決}

_ま

_{る こと に} な る 　ま た，く さび の 形状 は一定 でなく ，側 圧に

よ

って 化

す

る こ と が判 か る 。この 変 化 の様子を 示す_{の が}図 14 である。 そ の変化の程 度は側 圧 が

Okg

／

cm2

か

1kg

／

cm2

に上 昇す る 間で大き い。くさ び の 水 平 面 の な す

角

ω

で

みると

，

図で

側

圧がOkg ／

cmZ

のときbはおよ

ｻ2

だから

，

ω；tan『

置

2需63 ° ，側 圧が

1kg

／

cm2

と き

b

が

3

でω ＝

tan

　

13

＝

72

° とな る。

そ

の の 変化 は緩 慢 で

あ

る。 側圧が大 きく っ て も

b

＝

3

．2 付 近 で あ り ，

そ

のとき の角ωは 7 汲ﾆ 変化は少 な い 。 　 部分圧縮状 態に かかわりな く くさび の 形状が 側 圧

に

よ って変 化_する こ と は ， シ

ラ

の支 持力 特 性と 関係す る 内部摩擦角で 見ると， 次 の_よ う 述 べ るこ _{とが で きる 。 　 こ の く さ び形 成は 主動Ra} ine _{状態である ので ，}せ

ん

_{断 す}べり 条

件

とし ての内部 擦 角 φ で 表現すると ，ω

＝

π／

4

＋φ ／2の_関係と なる。 た が っ

て

，次

の

よ う に 形 式

的

内

部

摩擦 角 を推定すると，側 圧 な いO

　

kg _／cm2 _{の とき}ω

＝

63

_°を_とるφ は 36 _{° で} 側

圧

が1kg ／

cmZ

の

と

き

tU

＝ ・7 汲  ﾆ るφ は

54

°， 側 圧 が十分に 増 大 し た と き ω

73

°で はφ ＝ 56 ° の 計 算

値

と なる。 　 こ の計算 れ た内 部摩 擦角

は

三 軸部分 圧_縮 強 度試験 結 果から 推 された も の で あり， 見掛

け

の内

部

摩 擦角と

み

る こ とがで る 。 したがっ_て，側 圧が増大

す

_るとき見掛 け の内_{部 摩}擦 は増大し， 36 °か ら56 °ま で変

化

す る 。 しかも 変 化の著 し とこ ろ

は

，

側

圧がOkg ／

cm2

か ら

lkg

／

cmZ

と こ

ろ

で あ り，36e から

54

° に 変 化 する こと が かる。φ ＝

36

°は

地

山シラスのお よそ の内部 摩擦 角 で あり， このこと は通常の 三軸 圧縮強 度試 験の内 部摩 擦角 を示 す くさび形 成は ，地 表面 にお ける側 圧 が作

用

しない とき のくさび 形 成 であ ると いうことがで きる 。 その く

さ

形成条 件 は 側 圧 に よ って 変 化 す るものであ る。

特

に そ の変 化が 著しい の は側 圧が

1kg

／cm2 まで で

あ

り， わ ゆる 形式的 内 部 摩 擦 角 の変化 が 著 し

い

いえ る 。 した _{がっ て側}圧の効果を有効 に利用す る こ によ っ て ， 支持 力を 増大さ せるこ とができると 考え れる 。

　

こ のように 三 軸 部分圧 縮強度試験 は 側 圧が 化す

る

に 伴っ てくさび の 形 状が変化し ，そ

の

変化の 子 をみるこ とが でき る。す な わ ち 粒 子 形状の 影響 が さ い こと を 条 件 に ， 材 料 によ りくさび形 成条件が

異

る こと ， およ _び 引 _張強度と の関連_におい て_{三軸 部}分 縮 強度 が 変化_{す る こ}と を，材 料の も つ 破壊 特性 をみ こ とに利用 で きる。 　 次に シラス自 然崖 の 自立 安定

自 立 安 定 高さの解 釈が シ ラス研 究の従 来からの課 題で

あっ た。

　せ ん断 すべ _りに よる土 質 定 数 を 使 用して自立 安 定 高さ

をフラン セ の公 式 を使 用 して算 出 すると

　　 　Hc

＝

4

・

cノγ

・

sin β

・

cos φ／

11

−

cos _（β

一

φ班

　こ こ に

Hc

：自立 安 定 高さ 　 　 　 c ：粘 着 力 　　 　　　 γ ：単 位容積重量 　　 　　　 β：_{斜 面 傾 斜} 　　 　　　 φ：_{内部 摩 擦角} であ り

，

通 常の シ ラスの粘 着 力

，

単位容 積 重 量

，

斜 面 傾 斜， 内部摩擦角をそれ ぞれ，

C ＝

4

．

4t ／m2 ， γ＝ 1

．

3t／m3 ， β

＝

80

°

， φ

＝

37

°

とす る と き自立 安 定 高さは 38

．

4m

と な る

。

この よ うに三軸 圧 縮 強 度 試 験 結 果に基づ く自立 安 定 高さは 40m た らずで あ り， 現 実の 高い崖の安 定 を理 解 でき ない こと が大 きい_課題であり， これに対す る解 釈 が 従 来よ り行わ れ てきた

。

こ れ を三軸 部 分 圧 縮 強 度 試 験の 結果に よ る く さびの形 成か ら判 断する と_， 形 式 的 内 部 摩 擦 角56

°

を 適 用してすべ _りによる 自立 安 定 高さを先の式 か ら計 算すると83m とな り

，

現 実 問 題と形 式 的に符 合 する こ と が認め ら れ る

。

現 実の 自然 崖は 100m も垂 直 に存 在 すると云わ れるが

，

その存 在は明 確で な い。 存 在 を確認す る た め

3

日間に わ た り鹿児 島 県大隅 地方を踏査 し た が

，

高い 崖で

60〜

70m の もの は 確 認 で き た が

，

100m

も高い もの は見あ た ら な かっ た。 　今 後

，

これまで述べて き た結 果 を参 考と し て

，

く さび の圧入 と引 張 抵 抗 力の喪 失に基づ い た解 析 を導入によっ て_， シ ラ ス の支 持 力と変 形の 関係お よ び， シ ラ ス 自然 斜 面の安 定 問題に関 する厳 密な知 見 を得る こと がで きる も の で ある と考え る

。

　6

．

結 　論 　シ ラス にお ける通 常の三軸 圧 縮 強 度 試 験はせん 断およ び引 張 裂けによる破 壊が複 合され た もの と し て現れ て く る と考え られ る

。

三軸 圧 縮 強 度 試 験 もシ ラ ス の破 壊の

一

面 を物 語るもの であるが， 三軸 圧 縮 強 度 試 験 だけで は， シ ラ ス の破 壊 条 件を論じ る こと がで き な い

。

こ の こと を 統

一

的に整 理す るこ と を目的と して

，

側圧 を作 用さ せ た 三軸 圧 縮供試体に種々 の部分圧縮を実施し て

，

そ の破 壊 条 件につ いて

，

実 験 的な検 討を試 み た

。

本 報告は 以上の こ とを主眼 と し た_， 三 軸 部分圧縮強 度 試 験の_解析と実験 結 果に関する知 見である

。

　本 報 告での結 論 を 述べ ると， 　 （1 ） 本 実験の_解析は_， 破 壊現象か ら観 察し た崩壊 形 を仮 定して行 う。 それは載 荷 部 分 を底 とす る， 円錐状の く さ びの形 成 後

，

くさびの圧入によ り， 周 辺部分の裂け が原 因 となっ て崩 壊す るもの である

。

　（2） 上 記の崩 壊 仮 定の下に

_，

その 崩 壊 荷 重を解析す る

。

こ の崩 壊 荷 重は_， ＜ さび 形 成 条件を変数 と す る

，

軸 方 向 力の_極値問題と な り，これ か ら求め ること が で き る

。

　（3） シ ラス に関し て実 験 を行うに先だ ち

，

石膏 砂の 混 合 供 試 体およ び鋼 球と石 膏の混 合 供 試 体につ い て実 験 を実 施し

，

実 験 値と解 析 値 を比 較

・

検 討し た

。

実験 結 果 は解 析 値と よい

一

致を示し た。 　 （4 ） シラ ス につ い て もこれ と同様の

，

三軸 部 分圧縮 強度試験を実施し た が

，

その_結果は解析 結 果とよい

一

致 を示す

。

　（5） また_， く さ び形 成の形 状よ り判 断す る と

，

基 礎 設 計に おい て根入れ を深 く す る な ど

，

側圧の_{増 加}に よっ て支 持 力の_増大 が 期待さ れ る

。

　 （6） シ ラス 自然 崖の安 定につ いて も理 解で き る

。

　 （7 ）　こ の 三軸 部 分 圧縮強 度 試 験 法は_， せ ん断破壊， 引 張 破 壊の組み合わ せ に よ る破 壊 を検 討す る た めの試 験 法で あると考え ら れ る

。

　 謝 　 辞 　 本 研 究は

，

大 分 高 専 校 長 　 佐 治 泰 次 先 生の ご指 導の も と に行っ たもの で あ る

。

こ こに深 基の謝 意を表 し ます

。

参考 文献 1＞ 徳 富 久二

，

松 本 英 美 ：三軸 部 分 圧 縮 強 度 試 験 装 置によ る 　 石膏 砂供試体の_実験結 果につ い て

，

日本 建 築 学 会大会学 　 術 講 演 梗 概 集

，

pp

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5

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6

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1982

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日本 建 築 学 会 九 州 支 部 研 究報告

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第29_号

_，

_pp

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₈₁

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3 3）上 田通 夫

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17 　 号

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　 上 田通夫 先 生 退官 記 念 事 業会

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石 丸 麟 太 郎：組み合わ せ応 力 を受け るコ ンク 　 　リ

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ト材の_{動力学 的解析 （}その 3_）コ ン ク リ

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トの_支圧 　 強 度に関する 「く さ び理 論」， 日本建築学 会論文報告 集， 　 第 Z20号

，

　_PP

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7

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6 7） 徳富 久二 ：地山 シ ラス の強 度と変 形 特 性

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三 軸 圧 縮ク 　 　リ

ー

プ試 験 結 果

一，

日本建築学 会九州支部研究報 告

，

26 　 　 号

，

pp

．

81

〜

84

，

1982

．

3

一

₉

一

SYNOPSIS

UDC :624. 131.2

MECHANICAL

PROPERTIES

OF

"SHIRASU"

_ON

TRIAXIAL

COMPRESSION

TESTS

BY

ACTfiNG

PARTIALLY

LONGITVDINAL

LOADS

by Dr.

_HISASHI

_TOKUTOMI, Member of A.I.

J.

"SHIRASU"

are the volcanic

deposits,

and are

distributed

widely throllgheut Kagoshima _prefecturein

_Japan.

The collapse of "SHIRASU"

was caused

by

tensilestrength

from

the results of investigationon in-$itushearing

testsand

in-situ

compression tests.

A

standard triaxialcompression testis'testing method for

determination

of shearing resistance.

Triaxialcompression tests

_by

acting

_partially

longitudinal

loads

carried out

in

this report. The triaxial

cem-pressiontests were analyzed

in

regard tomechanical

balance

between

thewedge which shaped under

longitudinal

leads

and the circumference of thewedge.

The

analysis was

based

on the criterion of tensile strength and

shear-ingone, and showed

_good

agreement with theexperimenal results,