不攪乱砂質土の液状化特性に関する実験的研究

(1)

2

4

1 不撹乱砂質土の液状化特性

l

乙関する実験的研究

奥村哲夫

大根義男

Experimental Study on Liquefaction Phenomenon

o

f

Undisturbed Saturated Sands.

Tetsuo OKUMURA . Yoshio OHNE

本論は筆者らがこの二年間にわたって行なった乱されていない主として砂町試料の液状化特性に関するものである。液状化現象については現在までに多くの研究が行なわれているが，これらは主 lこ乱した試料を対象としている。しかし，現地盤のli'J、はその推積過程，長年にわたる応力状態の変動等種々な影響を受け，液状化特性が関市

L

砂の場合と全く異なるものと推察される。この乙とから，本研究は不撹乱砂と密接な関係にあると考えられる土質定数を見い出し，これと液状化強度の関係を求めることを目的とした。また，液状化 l乙至るまでの残留間げき水圧，液状化時のヒズミ量，供試体の作成方法の伺異と液状化強度の関係についても明らかにした。 1. はじめに近時，地盤や盛土構j宣物 l乙上自民による繰返しせん断力が作用した場合9 飽和 i沙の液状化現象によってその土の強度が低下し，地盤沈下とか地すべり現象などが発生して大きな被害の起こることが認識されている。この被害として，例えば，新潟地長 (1964)，十勝ilj1地良(1968)，チリ地震(1960)，とかアラスカ士山長 (1964)などが挙げられ，これらはいずれも地長時9 または士山長直後の液状化現象によるものである (11，12， 13， 14)。 Seed H.B.ゃLee氏。L.(1966)は繰返し三軸試験機を用いて飽和した砂試料に繰返し荷重を与えて液状化を発生させる実験を行なった。そして液状化現象は地広によって発生する繰返しせん断応力が非排水の状態で作用するため，これによって間げき水圧がその内部で次第に増大して発生することを示した。そして液状化発生の主要因として9 間げき比，拘束圧，繰返しせん断応力または繰返しせん断ひずみ，および載荷回数を指適した(11)。 SeedゃLeeのこの種の研究が契期となり，その後各万面において数多くの研究が行なわれ，現在ではれた￨犬化現象に関する基礎的な研究はほとんど確立されたと言えるであろう。しかし，現在までの乙の種の研究は河μおよび海岸周辺などで見られるような沖積層を対象としたもので，これ以外のいわゆる洪積および第三紀層など骨格構造を有する砂白土を対称としたものではなし、。土粒子の骨格構造の強度などを考えるとこの障のものは沖積層よりはるかに液状化に対する低抗力が大きいものと想像される。筆者らは乙の2年間 l乙亙って洪積ないしは第三紀層から14碍類の不撹円

L

試料を採取していわゆる骨格構造を有する砂町土を対称とし液状化実験を行なってきた。本報文は主にこれらの不境目

L

砂町土の液状化特性

I

C

関するものである。 2. 試料の性質実験 l乙用いた試料は図 1(こ示すような粒度組成の砂

ft

土であり，表1にはこれらの試料の物理的および力学的性質が示しである。表1の最大関げき比 (emax・)，および最小間げき比 (emin・)の測定法 l乙関しては土質試験法にその基準がなく試験者によって種々の万法が採用されている。本実験においては現在もっとも広く用いられている下記に示すような方法で emax.， emin・を求めた。最大間げき比 (emax.) 内径 100mm，高さ 127mm，容積1000cm3_{のプロクターモールドに乾繰した試料をス} プーンを用いて静かに流し込む方法を採用した。最小間げき比

e

mino 最大間げき比の場合と同じモールドに乾燥した試料を 5層 l乙分け各層10回づっ水平l乙木づちでたたく万法を採用した。最大および最小向げき比は料度分布などによって影響

(2)

2

4

2

奥村哲夫・大根義男を受けるものである。そ乙で，各試料の細粒分含有率 (粒度試験から得られた粒径74μ 以下の重重百分率)と最大および最小間げき比の関係を求め，乙の結果を図2 l ζ示した。また，渡辺らによって示られたemax.- emin.

- D 50(D 50:平均粒径)，emax. -emin. -emax.，

emin.関係を本実験

I

u'[と対比して図3，図41乙示した151。表一1 試料の性質比重粒度組成二角座標分類均等係数間ゲキ比変形係数圧密降伏応力試料番号粘k分

U

c E50 Py Gs 砂分シルト分 em阻 emin 72.0% 16.0% 12.0%

ヲ

品

均ι/刷z ( A~) 2.636 Sandy loam 40.0 1.635 0.780 44.0 0.80 ( B ) 2.681 89.8 4.7 5.5 Sand 2.8 1.657 0.836 72.3 3.20{1.9，4.5) ( C ) 2.663 97.0 3.0

。

2.3 1.110 0.610 44.7 1.28{O.93，l.62) ( 0 ) 2.657 98.0 2.0

。

Sand 2.8 1.025 0.625 88.8 3.25{3.0，3.5)

I

( F ) 2.672 95.0 5.0

。

Sand 3.0 1.127 0.619 103.3 金10 ( G ) 20.0 9.0 Sandy loam 46.7 1.317 0.600 20.7 3.4 ( H ) 2.814 87.0 9.5 3.5 Sand 8.8 1.544 0.860 ) 55.0 2.97{2.04，2.37， 4.5) ( 1 ) 2.688 93.0 4.0 3.0 Sand 1.7 1.454 0.802 37.6 3.23{2.1，4.35) ( J ) 2.750 90.0 8.0 2.0 Sand 2.1 1.602 0.830 310.0 3.93{2.60，5.25) ( K ) 2.640 99.0 1.0

。

Sand 1.2 0.970 0.630 ( l )" 2.650 100.0

。。

Sand 2.0 0.868 0.555 ( M ) 2.711 92.6 7.4

。

Sand 2.2 2.09(1.78，2.40) ( N ) 2.700 95.8 4.2

。

Sand 2.2 1.430 0.700 ) 39.3 3.20(3.00，3.40) ( 0 ) 2.675 92.2 7.8

。

4.0 1.500 0.805 I 44.6 2.25(1.90，2.60) ( p ) 2.665 84.0 7.0 9.0 Sand 24.3 1.200 0.580 1199.0 幸10 ( Q ) 2.657 70.0 22.0 8.0 Sandv loam 39.0 1ア7Q 寺10 80 100 0.0050，01 0.05 0.1 0，51.02，0 R u n u E E O O K E O

。

This 5tudy 主40 Uc;l

o

.

-5.0 主主60 h a W 国出 a_乃 0 2 E ω u L ω 色 Perticle D1a鵬ter (冊) 図1 粒径加積曲線 30

。

_。

0.5 1.0 .15 H岨.nGrain-Size 恥。 (mm) 図

3

emax.-emin・と平均粒径の関係 2.0

。。

回回へ ~ 25

_。

:eπ唱X 『日:emin 20 I 1.4

書

15 1(0 J<l 製10 思日 1.2ト

g

:Th国Study -: watanabe. 叩ト eta.1(1915) ~i

e

o/ c :0.8 E (') I 0.6 x

E

(')

r

金

目

。

0.4 日5 1.0 G

ma

ぇ Gmin. 図

2

細粒分含有率と最大間ゲキ比および最少間ゲキ比の関係 1 .5 2.0 0.2 2.0

3 .

実験装置および実験方法 3. I 実験装置本実験 lζ使用した装置は電気油圧サーボ万式の振動三軸試験機であり，供試体と軸圧用荷重計(防水加工を施 ζうして三軸セル内 lζ同定)の直径を等しくして軸圧と側 Gna，•

図

4

e max• -emin'とemax.

，

emin・の関係

圧を独立して供試体 lζ繰返しせん断応力を載荷できるよ

うにしたものである(図5。)

軸圧，側圧，軸ひずみ，および閥げき水圧の測定は各検出器から得られた電気量を動ひずみ計を通じ，電磁オッ

(3)

2

4

3

と液状化に要する載荷数Nf(軸ひずみが急増する回数) との関係で整理し，そのl例を図 7，図 8および図 91乙江ミした。不撹乱砂質土の液状化特性lこ関する実験的研究 A @ 目白

。

Speo同n G T"O'du"r{A'i'lStro日} Q) {l，t"，lS同叫 @ (Pore-wH <ePres>ure) ⑤ ( 州川町山 ) ⑤ Volu"'"抑制rlnollovlco ① Gulde加，，， @ ~e~ul. t! "q V，lv. ⑤ ~ydr."llc C)'llnωr o S...，oV.l"， (DB.，. G T.."nsdu

凹

'

^

山

lStr'ln，G<pC.，，，..) 振動三軸圧縮試験機の概要図5 シロクラフとデータレコーダーに言己主主して

i

なった。 MSonVoidRati。 cr;::!nitial EffectiyeConfiningPressυr 豊浦砂の応力比と液状化回数の関係。 1 実験方法 3.2 図7 同。図8 0.' ^ 3 0 4 6 、、 p 0.3 E t 。・~例目 0.2 区 m o "

問

。

1 供試

i

本は， 1)撹乱

i

の場合は煮沸して脱気した試料を三中山セル内lこ固定したてつ剖のモルド(直径50mm，高さ125mm) の巾へスプーンを用いて流し込むことにより作成した。 2)不撹1iL土lこ対しては，供試

i

本を現地で成形し，とれを試料管で保護し実験室内

K

搬入した。そして，不境汚

L

供試体の件格 iこ構造的変化の起こらないように飽和lさせなければならないので，あらかじめコムスリブをつけた供試体をほとんどすき間なしに密閉できる二つ剖のモールドで保護し p この F部から Ijì~気水を供給できるような装間を試作した。この装置を用いて各不撹百

L

試料に対し過度な寸く日文芸空 (50~ 150cm) で約 15時間通社くを {jなって飽和￨させた。 U~ぷ休 i こ対して，撹札，不撹，TíL試料ともにp まず，所定の初期有効拘束圧 (σ~) で等々1土密し非排氷状態で [pJ 量一開制刊刊 " 5 0 5 5 0 5 0 1 1 0 1 1 年 & 佐佐佐佐 9 9 9 7 7 7 臼日日 ηnn 44444444 一 e -e 一 e -e 一巳一巳 @ O @ 国国国振仙の繰返し軸J心力(ム

σ

，)と繰返し側)]'1心力悼の ) を!iI:恒&1800，振動数2Hzの1日世

J

J!.形を重

Q

荷した。なお，イ~t究円L試料 l こ対しては完全飽和を期するために， 1.0kg/ cm辺のハックプレッシャーを与えた。代表向Jな実験記録 10 30 100 300 トl師berOfCyclesCausinglnitidlLIqu怯foctlon，Nj. 図9 応力比と液状化回数の関係(F試料，不撹乱) これらの実験的には多少のバラツキはあるにしても，撹札試料の場合，初期拘束在が

o

.5kg/cm2_{以上では液状} 化を生ずるに必要な繰返しせん断応力が初期拘束圧に比例して増大する。すなわち，応力比は初期拘束圧に関係なく同じ試料であればある一定した値を示すという関係から，それらの平均的な仙を各々の液状化凹数の凶力比とした。他万，不境目し試料では過圧密とか骨栴構造強度 (セメンテーション)などの影響を受けて繰返しせん￨析応力と初期拘束圧の関係は撹乱試料のように比例しないことが考えられたため拘束別に整理して示した。しかし，図 9のように実験偵のパラツキが大きく拘束圧別の整理ができなかったものについては応力比のurli乙パラツキの。 1.0 4. 実験結果および考察初期拘束在および供試体の密度を種々変化させ一連の実験を行なった(不境目

L

試料の供試休密度は現地盤の密度である)。その実験結果を応力比(Rnlニロ/

do=

σd/2

d

o

)

的石 0.4 -回_、

。

~ 0.3 N _a z 区 ~ 0.2 ・d z m 同 U b 0.1 問 0.' の一例を12<16 Iこ示したっ図6 τ/σ

り~l.Okg/cm' 00 ~O.32k9/cm' t.oコO.32~9/cm' " 0， 16kgl伺， " ~ mO.16

'"2". 131

I~

30 35

(4)

2

4

奥村哲夫幅をもたせて示した。また，現地盤の密度分布の不均一性によるものと考えられるが9 間げき比においても試料によってはかなりのバラツキが認められた。 4. I 他の実験値と本実験値の比較液状化試験は一般の土町試験に比べて非常に回難であり9 得られるデータも試験機の特性，実験万法などによって微妙な彫響を受ける。本実験装置を用いて得た試験結果を検討するために他の研究機関で行なわれた試験結果と本試験装置を用いて行なった結果とを比較した。そしてこの結果を図10および図

1

1 (

[

示した。 0.6 0.5 Disturbed Sample 主 0.3 ) 4ド一刊叫叫山可r、

1

叫N

ぶ

d

;

C

;

F 日山Cド閃.5昨

〆

f

G/

L

A:/

:

[ レルダ

/ジ/てが 20 40 60 80 100 Rerative Density， Or 三) 図

1

0

応力比と相対密度の関係同、-20cydes (Criterion:.-，l R :0.3 J -;:; 0.2 2 目。 1 0.05 0.10 0.15 0，20 0.25 e_"m_l.n__(1_0r--"-lM)("_..x-m_e，n 図

1

応力比と余裕間ゲキ比の関係図

1

0

は細粒分含有率が

5%

以下の試料について，

1

0

回の繰返し載荷で液状化するときの応力比

(

R

n[

=

1

0 )

と相対密度 (Dr)の関係をプロッ卜したものである。図中の実線は，液状化を起こす応力比は相対密度にほぼ比例するという実験結果から谷本が提案したτ[=

4

圃

6 X

1

0 -

3

X

DrXσ~ (Dr園%)の関係を示している。図

1

は，液状化に影響を及ぼす相対密度，粒度および粒径などを勘案した形で現した，渡辺，石原らの提案した余裕間げき比， e-emin. {e-emin.= (1 ~ Dr) (emax. 巳min.)fで整理し比較したものであるの， 7)。図

1

0

および図

1

から液状化の発生する応力比を相対密度で繋理した場合，相対密度が40%以上において本j古験大綬義男結果は他の結果より比、力比において，ほぼ

o

.03~0 .07の範問で低い伯を示している。また9 余裕「掲げき比で整理した場合，余裕間げき上七がふ emin.<0.25の範囲において本実験

u

在が低くなっている。 4.2 液状化判定規準の相異と応力比昌lfJjで、述べたように砂地盤などに発生する液状化現象は9 池袋によって起ζる繰り返しせん断応力がその地盤内の飽和砂 lこ非排水の状態で作用するため，間げき水圧が除々に上昇し，これに伴なってひずみも培大し有効応力が減少することによって発生する。乙のような液状化現象によってひき起こされる地盤や土構造物等の被害を考えると，有効応力がゼロ(完全液状化と定義する)に至らなくても，間げき水圧とかひずみが急増すれば(初期液状化と定義する)土構造物に何らかの影響が生ずるであろう。このζとから本文においては繰返し載何回数N[301匝lで液状化を起こす応力比を以 1.2 1.1 白 Disturbed Sample @ Uf¥di s turbed Sampl e 1.0 トー0-! 0.9ト $ @

。

@ @ @

。

向 H U @ 0.8 @ 4 @

。

¥ j i0.7 0.6 0.5 0.6 0 . 7 0 . 8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 Void RatiQ ( e ) 図

1

2

液状化判定の相異による応力比の比較 (Rε1 / Rilu~lOO) 1.2 1.1 @。も @

。

o0 ⑫ 白 o '" ~ 1.0ド

g s s e e

骨骨 . . 9 @ 号

b

D @ 0，9 0.8 o : Disturbed Sample " : U門disturbedSample 主 a:.W 0.7 図13 液状化判定の相異による応力比の比較 (Rε1/ Rilu )

(5)

不撹

l

i

L

砂質土の液状化特性l乙関する実験的研究ぼ1.0であることがうかがわれる。以ヒのことから，初期液状化を起こす応力比は完全液 0.2 状化の航より最大30%ほど低い値を示すものと考えられる。また，初期液状化として，問げき水圧，軸ひずみのうちどちらで判定しでも応力比にはほとんど影響のない下に示す3通りの万法で求めてみるζとにした。そして，それぞれの応力比の値を比較して図12および図131乙示し fこ。 111 間げき水圧が初期の拘束圧に等しくなるか，または一定値となった時点、を液状化時点として判定したときの応力比， Rムu=100， (完全液状化) 121間げき水圧が急増する時点を液状化時点として判定したときの応力比， R d U， (初期液状化) 131軸ひずみが急培する時点を液状化時点として判定したときの応力比， Rε" (初期液状化) 図12は判定万法の(31と111によって求めた応力比の両者の比較をしたものである( RE1/ R d U = 1 0 0 )0 図からわかるようにRE1/ R d u二 100の値は大多数のものが1.0より小さし撹乱試料の場合その怖は

o

.70~ 1.0，不撹乱試料の場合

o

.70~ 1.15の範聞にある。また，図13は判定万法の131と(21によって求めた応力比の両者を比較したものであるが，乙の場合はRε，/RL1uの

i

直は撹乱試料ともにほことがわかる。 4.3 供試体の作成方法の栢異と応力比ある!昔、で密度が同じであっても粒

F

の堆積構造，かみ合いおよび先行的な荷重などの相異によって液状化に対する抵抗力は異なってくるものと予測される。図14は，飽和した試料 (A試料)を水中で落下させ，自然堆積によって供試体を作成した試料 lこ対して試験した結果と自然含水状態の試料を突棒を用いて締固めて供試体を作成し，不撹凡試料の場合と同じ方法で飽和させた試料について試験した結果を，相対密度と応力比の関 0.6 : : ' 0.5 Sample No. ( A ) N. '"20 cycles (Crite。円n: [1) 。 N J ，0.4 Rodding Specimens 0.3 ~ 0.2

d

c

;

:

岡山 0.1 20 40 60 80 100 Relative _Oensity， [)r ( % ) 図

1

4

供試体作成方法の違いによる応力比の比較

2

4

5

係でプロットしたものである。図から，同じ密度において突棒によって作成した供試件、を用いて得られた応力比は前述の影響を受けて自然推積によって作成した供試体を用いて得られた応力比より大きし液状化l乙対して抵抗力の大きい乙とがわかる。 4圃4 液状化過程における問げき水圧の発生量細粒分合有率が10%以下の撹乱試料について，完全液状化に至るまでの任意の時間をN/N1(N任意の回数， NI :完全液状化回数)とし，このときの間げき水圧の発生長をぬ/0'0 (ムu回数Nでの間げき水圧の値，a~ 初期有効約束圧)とし， N/N1とん/バとの関係を求め，その代表的な結果を示したのが凶15である。この図は間げき 1.0 Oisturbed Sample 0.8 0.6 4 8 1 0 1 一 8 Z 8 7 0 0 O Z ︿ p-eh . ; sO.4 0.01 0，03 N I Ni 0.1 0.3 1.0 図15 Ll

u

/

i

f

o

と N/Nlの関係(百二0.81) 1.0 0.8 0.6 <10.4 0.2 0.01 0.03 0.1 0.3 1.0 H I Nl'. 図16

6 u

/

σ

b

とN/Nlの関係上七 lこ幅をもたせて整理しであるので当然データ l乙バラツキがみられる。また，他の間げき比の供試体についても同様な結果が得られておりこれらの平均怖を図 161こ示した。乙の図から，密な試料ほと、初期の段階における間げき水圧の発生がゆるやかであり，逆 lこ完全液状化 lこ近づくとそれが急 lこ上昇することが推測され9 さらに，ゆるい試料(間げき比が 0.9以上)では間げき水圧の発生の型にほとんど差が認められないζとがわかる。また不撹乱試料についても同僚の整理を行なったが，図17にみられるようにノfラツキが大きく特に傾向らしきものはみうけられない。

(6)

男義中艮大夫哲キす奥

2

4

6

目

。

A.i

・

1Strafnin$fngle開p1ftude，ε川， ' ) 図

1

9

応力比とヒズミの関係キはあるが，応力比が

0.2-0

.

3

の範囲のひずみ量は撹乱土の値にほぼ等しくなっている。しかし，応力比が

0 .

3

以上では抵;T

i

L

土とまったく逆の傾向を示してし叩。乙のような不撹乱土の性白は他の一部試料においても認められた。乙の乙とは，ある骨格強度を持っている試料

l

ζ

0 .

3 k

g

/

c

m

'

以上の繰返しセン断応力が作用した場合

{

τ

{

=

0 .

3 k

g

/

c

m

'

は

(

C

)

試料に関して言える乙とである)そのせ人断応力が大きL、ほど骨格構造の破壊が急激に起乙るから・.~ " ":!!~!目 /'，.u Iσ;とN/Nzの関係(不撹乱試料) 寸 UndisturbedSa，柵1巴 e"O，792_0.842 (74¥.1<10%) 0;= 1，0 kg/cml よ

。

，6

←

ミ

M ト 0，2ト 0，8ト 1.0 1.0 であると考えられる。

4.6

不擾乱試料の液状化特性図181乙示した結果から推定されるように，不撹市

L

試料と捷百

L

試料を比較した場合，その応力比は不撹乱試料の方が大きくなるのであろう。そ乙で，乙の関係を明らかするため同一条件で求めた応力比と相対密度の関係を図

2

0

1

乙爪した。なお図中直線で囲んだ範囲は撹乱試料の結図17 I I I 叫

.

5師P1eN o t J i . 0.6 '-

r

.

_{:DfsturbedSample，}e= 0.932_1.027 (e=O.9BO) •.•• • :Undisturbed Sample， e = 0.925_0.971 (e=O，9481 .• • 一. a σa=l.Okg/c剛 0，瓜6'1"- .... ' . '_o0 _・'，;' . ' 1 ・. 、 1 1 ・-・ ~ 0.4

←

・ーー. ・ー _・_. ・

.

.・.

1.0

十上

E m i r e t 巴 1 1 r m h h a 5 2 M 同川 r ℃ 9 心 y k t c S O B O e M 2 1 U 件 F 乙れらの傾向は撹乱試料のように骨格構造が比較的単純であり土粒子聞の結合力をほとんど保持していないもの l乙一定振幅の繰返しセン断応力が作用した場合，土粒子のかみ合い抵抗は(密度が同じであれば)ある一定の傾向で減少することを示唆するものである。乙れに対し，不撹百

L

試料では密度が同じであっても，その士粒子間の結合力は相異するから，そのかみ合い抵抗はある定まった傾向を示さず，しかも間げき水圧の発生もばらつく乙と

ζ

l

なる(図17

ん

1.4 1.2 1.0 斗止」 0.03 N I Nほ斗 0.01 0，2ト

•

τ

→

-

1 .

ト善

4

長

4 . 旦

，

η空広

三日.:.--- disturbedS

i

1

0

D!"E 0・8 0 ;

.

; 0.6 u ω E t : 0.4 撹乱試料と不撹乱試料の比較(J試料) 図18は (J)試料の撹乱供試休と不撹百L供試体の試験結果を示したものである。両者の閲げき比はほとんど同じであるが，間げき水圧の発生は不撹百

L

供試体の万がかなり小さい。乙の乙とは不潰乱試料の液状化l乙対する抵抗力は境汚

L

試料の値と比較して常i乙大きくなるととを示唆している。図18 140 120 40 60 80 100 Relat1ve Density， Dr (%) 0.2

。

_。

不撹乱試料の応力比と相対密度の関係果を示している。本図において撹乱試料の結果をみると従来の実験結果と同じように相対密度の増大に判なって図

2

0

4.5 初期液状化を起こす応力比とひずみ初期液状化(ひずみが急増する時点)の発生する応力比じ乙のときの供試料の軸ひずみれl(半振幅)の関係を図191<:示した。図には (e)試料の撹乱および不撹乱土の結果が示しであるが，撹乱土では応力比と軸ひずみ応力比が大きくなり，相対密度と応力比が比例関係にあることがわかる。一万，不撹乱試料においてはその液状化に対する低抗力は損乱試料に比してはるかl乙大きい乙とがの関係はある一定の傾向を示しており，任意の応力比に対して密度が高いものほど液状化時のひずみは小さくなっている。一万，不慣市

L

土については，実験値のパラツ

(7)

2

4

7

ィ、指目

L

砂質土の液状化特性に関する実験的研究 1.2ト

i

:

[

r

再

'--1 1 N1"10cycles e"0.64_ 1.19 σ'" 1.0 kgjcml (Criterion: EI) @ @ 量

十

1.4 Consolidated Yield Stress， Py (kgjcm1) 不撹乱試料の応力比と圧密降伏応力の関係

。

わかる。また9 撹市

L

試料でみられるような応力比と相対密度との聞に比例関係が存主しないことがわかる。このように不撹乱試料の液状化特性は撹乱試料と全く異なっている。この原因についてはつぎのような乙とが考えられる。すなわち，撹

i

L

試料ではその供ぷ休は飽和妙をモールド中 lこ向然沈￨討させて作成されたものであり，土粘ヂはし、わゆる fì~料情遣を形成している。従ってこのような試料の液状化抵抗力は

u

こ土和子の締り共合，すなわち桐対5岳C度lこ支配される。これに対し，ノド債市

L

試料の形成過程を考えた場合， 1)土料ずの

J

的責造とかセメンテーション効巣および2)4 . 3項でノJミしたととき応力緩歴すなわち部的および動的なブレストレイン等の影響 lこよりその液状化抵抗力が大きくなり，さらに非情に複維 σo=1.Okg/cm1 1¥"10 Oisturbedo Undisturbed aαo=1.0kgjcm1 &0;=2.0 図σo=3.0

¥一四七_______.イ

一一

図

2

0.5 0.4 0 “ ~.3 ~O.2 副 L i;;O.l 0 1.1 化するなどである。以下，不{覚高L誌料の液状化特性 lζ~0響を及ぼすと考えられる細粒分含有率， )王密降伏応力，および変形関数 l乙着目し9 イミ撹円

L

試料の応力比を整理してみよう。

:

(

v

イ

7 1.4 1.3

。

-

町

て

一

ム

寸

一一一一斗ι 日 1.4 1.2 1.3 1.2 60 。。 1.0 1.0 斗 50

"

10 15_35 10 20 回目 @

平

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1 危

1 20 30 40 FineContents， FC (t) Geoloqy Specimen Tertiar，_y5 Sedim同ntatior Diluvial.5 Sedi冊entation Dil切;a1.S MoistTamping Diluvial.S の日

"

'

"

1.5

ん

ト

3.0 ト白石2.5 C豆、昨 F g2.0 5ourceofOato Author Wahnabe，et a1， HuliliS，et a1 Y<l.suda，etal 1.0 0 図23 ないが， Ru， dと制約分含有率の間には何ら特別な関係は認められない。悶22は初期拘束

J

土品 1 .Okg/cm2_{のもとで得られた不} 撹札試料の応)]比 (Rnl=lo)undis.，と!玉密試験から求めた

A

密降伏応)J，Py，の関係をノl'したものである。データのバラツキはあるが，傾向としてPyが大きなものほど応力比が大きくなって液状化に対する底抗力が大きくなっている。しかしながら，図23でポしているように初期拘束圧を 2.0kg/cm2， 3.0kg/cm2_{のもとで実験を} 行なったイミ鹿市

L

訊判の応力L七は (..印;σ0=1.0kg/cm'， A印; 2. Okg/cm2，圏印; 3.0kg/口n2)拘束!土の増大 l乙伴なって減少し，初期拘束圧 3 圃 Okg/cm2_{の k~ 力比は撹IT;L} 試料とほとんど同じ仙となっている。このことは(A)試料を除いて全ての不撹;¥L試料の圧密降伏応力が1.Okg/cm2 @ A a o 目図21(R) undis/ (R!disの

i

直と細純分合有f本の関係悶21は，ノ卜撹円

L

試料の応力比 (R)undis. と e~ (R dis.の関係、から推定した同一間げき比での撹乱試料の応力比， (R)占s.(図20参照)との比， Ru. d.， {Ru， d ~ (R)undis. / (R) dis. } を求め，その試料の細粒分合有率 l乙対してフ。ロッ卜したものである。なお，図中 lこは他の研究機関で得られた沖積層の結果も示している (2.8.9)。これによると，沖積砂て

1

土細粒分合有本

(

7

4 μ

以下)カ江0%以下では Ru，dはほとんど1.Of乙近く， 10%以上含まれると Ru，d の航は大きくなるようである。また本実験から得られた洪積および第3紀砂町土の結果は細約分の少ないと乙ろで沖積fi'J;T

1

上の

1

はよりはるかに大きくなっている。また，十分な量の実験データは現在のところ得られてい

(8)

男図

2

6

および図

2

7

1e:示すように変形係数は一軸圧縮強度，

q

u

，および

N

値と密接な関係にあることがサウンデイング調査結果などから知られている(図

2

6

の

qu-E

50 関係は本実験に用いた不撹乱試料の結果である。乙の乙とから，現地盤の変形係数とかN一値が得られれば図25 1ζ示した結果を用いる乙とlζよって初期拘束圧ぬ = 1.

O

k

g

/

c

m

2_{におけるその液状化強度と推定する乙とが出} 来よう。また，現地盤iζ等しい応力状態におけるその液状化強度の推定，さらに，将来その地盤の応力状態が変化する場合，例えば，新設構造物等によって上載荷重が増加した場合の液状化強度もその地盤の降伏応力を求め，義根大夫哲村奥

-

i

斗ド

-•

1.4 1.2 1.0

i

0.8 2 6 " '<!:O.6 u 。 ~ 0.4 胸帥腕 E 出 0.2

2

4

8

不撹乱試料の応力比とPy/a~ の関係 25 20 15 3.0 . ... 2.5 N E

"

単 } 2.0 図

2

4

1.2 綱

-司 E ::> 1.0

-" 。民主 0.8 350 100 150 2凹 250 301l

陶dulusof Deform抗1on，E50 ( Kg/cm2 )

一軸圧縮強度と変形係数の関係 50 図

2

6

350

一

J 係 3 M 関同の旧 ( 数日係形変 2 ，ん﹂

州比

印町功 d

の

川山一向仲乱撹不 50

。

_。

... 500 E " ，回

E

句m ~ 2田 E l!1凹図25 であることから，図

2

0

，

2

1

，および図

2

に示した初期拘束圧1.

O

k

m

/

c

m

2_{の場合は過在密状態下にあると言える。} 従って，乙の過圧密の影響が主因となって不撹乱話料の液状化抵抗力を大きくしていると考えられる。図

2

4

は乙の過圧密の影響を調べるために応力比， (Rnl= lo)undis.と ① 目2+3.3N，円四Sand (SW).d=O.Z-O.06， Cu"2. Sr~50%. 同 .758

② [=71刊日目円ne5and(S叫 .d=O，2-0，田，Cu=2. Sr(lO，田r=O.9凹

③ [=3酬 5N， Sand (SW1， d=1.5-0.1， Cu=2， Sr<5田.戸0，954

① E=43+11.8 N， Sand wfth Gravel (SP-GP). d=lト0・15，Cu=4. Sr<;50%， r=o.a86

⑤ E=38+10.5 N， Gravel (GP)

・

d=6J-O凪 cu=回目Sr(S田川=0.783

@ E=24+5.3N. Si1tySand (訓 1.d=2.0-0.02， Cu"S， 5r<85%.阿0.764

① E=12+5.8N， S11t，Ff問 SfltySand (Cl)， d=O.l-O.凹2，Cu=回 S戸田%，r=O叩4 @ ["4+11.5 N， Si1t. C1り町Silt(CL). d=O・1-<0回l，Sr<85%. IE'15，r=0・924 {阿町E) Cu : Coeffic担ntof Unfform1ty Sr! DegreeofSaturatfon r Correlat1onCoefffcfent d : GrainSfze ( 冊 } 変形係数と

N-

値の関係 (土質工学会・土質調査法) 80 70 60 50 30 40 N Value 図

2

7

Py/

σ

J

の関係を示したものでいる。なお，応力比と繰返し回数の関係においてバラツキが大きいため初期拘束によって整理できなかったものについては実験値に幅をもたせて示してみた。本図から過圧密の大きさ試料ほど液状化Ie:対する抵抗力が大きいことが明瞭lζ知るζとができる。図25は，初期拘束圧尚早1.

O

k

g

/

c

m

2_{のもとで得られた} 不撹乱試料の応力比， (Rnl=，o) undis. と一軸圧縮試験から得られる変形係数， Eso，の関係を示したものである。図より，洪積および第3紀の砂町土の液状化抵抗力を変形係数を用いて整理すると初期拘束圧丙=1.

O

k

g

の場合K関してほぼ直線関係にあり， E50の値の増大に伴なって応力比は大きくなる乙とがうかがわれる。また，

(9)

不撹舌

L

砂質土の液状化特性に関する実験的研究 249 図22や図23の結果を用いる乙とによって推定するととができょう。 5 まとめ洪積ないしは第3紀層から採取した14種類の不撹乱試料および擾乱試料と 2種類の撹;r;

L

試料について振動三軸試験装置を用いて液状化試験を行なった。試験結果と考察をまとめると次のとおりである。

1 )

本試験装置から得られる応力比は他の研究者によって得られた値より幾分小さしその値は

o

.03~0 .09 の範囲である。 2) 初期液状化に対しては間げき水圧または軸ひずみのいずれで判定しでも応力比に差は認められない。そして，乙のζとは撹;r;

L

試料でもィ;境汚

L

試料でも毘様である。また，初期液状化の応力比は完全液状化の応力比と比較して最大30%ほど低い偵を示す。 3) 境目

L

砂の場合， Ic共詩体の作成万法の違いによって，粒子の上自責構造，かみ合い3 および先行的な荷重ななどが異なり9 したがって液状化に対する抵抗力が異なる。 4) 不境目し試料の液状化の J)L~力比はそれを形成する粒子聞の結合力(セメンテーション)とか過圧密，強度などの彫響lこより撹乱試料よりはるかに大きな悼となり，さらに，撹;r;L試料で一般に認められているような相対密度との比例関係は存在しない。 5) 不撹百

L

試料の液状化強度を変形係数 E50，を府用いて整理すると両者はほぼ正比例関係を示す。そして， ζの結果は現場のN 値分布が得られれば，その応力比の推定lこ利用できる。ただし，このことは初期拘圧品 =1.Okg/cm'の場合に関し言える乙とである。 6) 不撹;r;

L

試料の間げき水圧の発生機構および初期液状化時のひずみ量は，

4 )

で示したような種々の影響によりj賀市

L

誠料のように定まった傾向を示さない。以

L

主としてノド撹乱砂と境目

L

砂の液状化特性について両者を比較して論議したが，本実験は単一拘束圧に対するものであるので，今後拘束圧を変えたこの粍の実験を追加実施し，乙の問題について総合的な論議をしたいと考えている。参考文献

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S旦turated Sands During Cyclic Loading，"

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