表層材ソイルセメント厚の異なる三層緩衝構造の衝撃荷重載荷実験
室蘭工業大学大学院 学生会員 ○菅原 慶太 室蘭工業大学大学院 正 会 員 小室 雅人 (株)構研エンジニアリング 正 会 員 牛渡 裕二 釧路工業高等専門学校 フェロー 岸 徳光
1. はじめに
本研究では，ソイルセメント，EPSブロックおよびジ オグリッドから構成される三層緩衝構造の緩衝性能に及 ぼすソイルセメント厚の影響を明らかにすることを目的 として，ソイルセメント厚を3種類に変化させた三層緩 衝構造を対象に衝撃荷重載荷実験を実施した.
2. 実験概要
図1には，本実験で用いた実験装置および試験体の概要 を示している．また，表1には本実験に用いた試験体の 一覧を示している．試験体は平面寸法1,000×1,000 mm，
高さ250 mmのEPSブロックの上に，厚さを3種類(300，
400，500 mm)に変化させたソイルセメントを設置してい
る．また，ソイルセメントの下面側から50 mmの位置に ジオグリッドを配置している．ジオグリッドの一方向当 たりの保証耐力は30 kN/m程度であり，EPSブロックの 降伏応力は0.2 MPa程度である．実験時におけるソイル
CL
㕙࿑
ᐔ㕙࿑ 1000 160075
350 350
350350
25050 t
t = 250,350, 450
(mm)
વ㆐ⴣ᠄ജ↪ࡠ࠼࡞
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વ㆐ⴣ᠄ᔕജ↪ࡠ࠼࡞
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EPS
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વ㆐ⴣ᠄ജ↪
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1600
11@50 1000
図1 実験装置および試験体の概要
表1 試験体一覧
ソイル EPS 衝突 入力 試験体名 セメント厚 ブロック厚 速度 エネルギー
(cm) (cm) (m/s) (kJ)
S30GE 30
S40GE 40 25 9.0 16.2
S50GE 50
キーワード：三層緩衝構造,ソイルセメント, EPSブロック,ジオグリッド，衝撃荷重載荷実験
連絡先：〒050-8585室蘭工業大学大学院 くらし環境系領域 社会基盤ユニット TEL/FAX 0143-46-5225
セメントの圧縮強度は1.1 MPaであった．実験は，剛基 礎上に設置した試験装置の中央に試験体を配置し，重錘 質量400 kg，先端部直径φ=200 mmの鋼製重錘を所定 の高さから試験体の中央に一度だけ落下させることによ り行った．なお，衝突速度はソイルセメント厚によらず
V=9 m/sとした．本実験の測定項目は，重錘衝撃力，伝
達衝撃力，伝達衝撃応力，および重錘貫入量である．
3. 実験結果 3.1 破壊状況
写真1には，実験終了後におけるソイルセメントの破壊 状況を示している．写真より，ソイルセメント厚に関わ らずソイルセメントが押抜きせん断破壊していることが 分かる．また，ソイルセメント厚が大きい場合ほど押抜 きせん断コーンの形成範囲が大きくなっていることより，
衝撃力が分散して作用しているものと考えられる．ただ し，S50GE試験体の場合には，押抜きせん断コーンの形 成範囲が試験体寸法を上回っているため，押抜きせん断 コーン周辺のソイルセメントが崩落している．
写真2には，実験終了後におけるジオグリッドの破壊性状 を示している．写真より，S30GE試験体の場合には，載荷 点近傍のジオグリッドが破断しているのに対し，S40/50GE
S30GE S40GE S50GE
写真1 ソイルセメントの破壊状況
S30GE S40GE S50GE
写真2 ジオグリッドの破壊性状
S50GE S30GE
33.1cm
S40GE 40.2cm
図2 EPSブロックの破壊性状
土木学会第67回年次学術講演会(平成24年9月)
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S30GE S40GE S50GE
(a) ㊀㍝ⴣ᠄ജ
(kN) (kN)
(b) વ㆐ⴣ᠄ജ
(c) タ⩄ὐવ㆐ⴣ᠄ᔕജ (MPa)
(d) ㊀㍝⽾㊂ (mm)
-50 0 50 100 150 200 -200
0 200 400
-50 0 50 100 150 200 -100
0 100 200
-50 0 50 100 150 200 -0.2
0 0.2 0.4
-200 0 200 400 600 800 -150
0 150 300
ᤨ㑆 (ms) ᤨ㑆 (ms)
ᤨ㑆 (ms) ᤨ㑆 (ms)
図3 各種時刻歴応答波形
試験体の場合にはほとんど損傷していないことが分かる．
図2には，実験終了後におけるEPSブロック中央部の 切断面を示している．図より，S30GE試験体の場合には，
載荷点近傍のEPSブロックが大きく陥没し押抜きせん断 破壊に至っている．これに対し，S40/50GE試験体の場合 には，S40GE試験体において多少残留変形を生じている ものの，著しい損傷は見られない．これは，前述のとお りソイルセメント厚が大きい場合ほど押抜きせん断コー ンの形成範囲が大きいため，ジオグリッドによる衝撃荷 重分散効果がより効果的に発揮され，EPSブロックの損 傷が軽微になったことによるものと推察される．
3.2 時刻歴応答波形
図3には，重錘衝撃力，伝達衝撃力，載荷点直下の伝達
衝撃応力(以後，載荷点伝達衝撃応力)および重錘貫入量
に関する時刻歴応答波形を示している．
図3(a)より，重錘衝撃力波形は，重錘衝突初期に振幅 が大きく継続時間の短い第1波を示した後，振幅が小さ く継続時間が長い第2波を示していることが分かる．
図3(b)より，伝達衝撃力波形は，S40/50GE試験体の 場合には正弦半波状の第1波で構成されている．これに 対し，S30GE試験体の場合には正弦半波状の第1波と，
振幅が小さく継続時間の長い第2波から構成されている．
これは，ソイルセメント厚が小さい場合には，押抜きせん 断コーンの形成範囲が他の試験体よりも小さいため，EPS ブロックに衝撃荷重が局所的に作用し，結果的にEPSブ ロックが大きく変形したことを示すものと考えられる．
図3(c)より，載荷点伝達衝撃応力波形は，S40/50GE試 験体の場合には，最大振幅が0.2 MPa程度の正弦半波状の 波形を呈している．これに対して，S30GE試験体の場合 には，最大振幅がS40/50GE試験体の場合よりも大きく，
三角形状の第1波が励起し，継続時間の長い第2波が後
30 40 50
0 100 200 300 400
࠰ࠗ࡞ࡔࡦ࠻ෘ (cm)
(a) ᦨᄢⴣ᠄ജ (b)ᦨᄢタ⩄ὐ
વ㆐ⴣ᠄ᔕജ
ᦨᄢⴣ᠄ജ (kN)
࠰ࠗ࡞ࡔࡦ࠻ෘ (cm)
30 40 50
0.000 0.125 0.250 0.375 0.500
タ⩄ὐᦨᄢવ㆐ⴣ᠄ᔕജ (MPa)
㊀㍝ⴣ᠄ജ વ㆐ⴣ᠄ജ
図4 各種応答値とソイルセメント厚との関係
続している．これは，EPSブロックの降伏応力が0.2 MPa 程度であることを考慮すると，ソイルセメントの著しい 損傷に伴い，EPSブロックが大きく変形し，底盤に過大 な応力が伝達されたことによるものと考えられる．
図3(d)より，重錘貫入量波形は，S30/40GE試験体の 場合には重錘衝突とともに正弦半波状の第1波が励起し，
その後減衰自由振動状態に至って変位が残留しているこ とが分かる．これは，ソイルセメントの押抜きせん断破 壊に伴って重錘が貫入するとともに，EPSブロックが圧 縮変形した後，ある程度復元し，減衰自由振動に至った ことによるものと考えられる．また，S50GE試験体の場 合には，重錘貫入量が最大値に到達した後一定値を示し ている．これは，前述したように押抜きせん断コーンが 試験体寸法よりも広範囲に渡って形成されたため，ジオ グリッドよりも上側のソイルセメントが壊滅的に崩壊し たことによるものである．
3.3 各種最大応答値とソイルセメント厚との関係 図4には，最大衝撃力,最大載荷点伝達衝撃応力とソイ ルセメント厚との関係を示している．
図4(a)より，最大重錘衝撃力はソイルセメント厚の増 加に伴って増大する傾向を示している．これに対して，伝 達衝撃力はソイルセメント厚によらずほぼ同様の値を示 している．これはEPSブロックのひずみレベルが降伏棚 の領域内であることによるものと考えられる．
図4(b)より，載荷点最大伝達衝撃応力は，ソイルセメ ント厚が大きい場合ほど小さくなる傾向にある．これは，
ソイルセメント厚の増加に伴って，押抜きせん断コーン の形成範囲が広くなるとともに，ジオグリッドの荷重分 散効果が発揮され，EPSブロックに伝達される衝撃応力 が低減されるためと推察される．
4. まとめ
1) ソイルセメント厚の増加に対応してソイルセメント の押抜きせん断コーンの形成範囲が大きくなる．
2) さらに，ジオグリッドの荷重分散効果も発揮される ため，EPSブロックや底盤への伝達衝撃応力が低減 される．
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