2.試験方法

三軸圧縮試験機によるジオテキスタイルの補強効果 三軸圧縮試験機によるジオテキスタイルの補強効果 三軸圧縮試験機によるジオテキスタイルの補強効果 三軸圧縮試験機によるジオテキスタイルの補強効果

日本大学（院） 学生会員 木村 真也 日本大学 正会員 今野 誠 松田 宗記 吉本 浩司

１．まえがき １．まえがき １．まえがき １．まえがき

土構造物を築造するには良質土を最適含水比になる様に含水比を 調節して締固める事が基本であり、その状態で締固めた土は強固で 土構造物として安定している。近年、良質土の不足からジオテキス タイルを用いた土構造物の建設が注目されている。

補強土に関する研究では、現場施工によるものが多く三軸圧縮試 験装置を用いたものは少ない。本研究では、砂質土を用いて金属製 のジオテキスタイル(補強材)にひずみゲージを取付けて三軸圧縮試 験を行い、補強の効果と補強材に発生する応力の相関関係を検討し た。これにあわせてＦＥＭ数値実験を行い三軸圧縮試験との比較検 討を行った。

2.

2.

2.

2.試験方法

試験方法試験方法試験方法

試料土は豊浦標準砂・成田層山砂を用い負圧法で作成した。豊浦 標準砂及び成田層山砂は、2.0(㎜)ふるい通過の絶乾試料を用い、そ れぞれゆる詰と密詰とで所定の密度に調整した。この試料土の物理 的性質を表‐表‐表‐表‐

1

に示す。

供試体は

D50×100

㎜で、補強土の場合は中央部に図‐1に示す

補強材（擬似ジオテキスタイル）を挿入した。

3. FEM FEM FEM FEM

数値実験による補強効果の解析数値実験による補強効果の解析 数値実験による補強効果の解析数値実験による補強効果の解析

解析には市販

FEM

ソフト

Dynatec Inc.「SAS 2/3D」を用いた。

図‐2 は解析に用いたメッシュ図及び境界条件を示す。側圧をかけ

上面を

15%まで強制変位させることで三軸圧縮試験を再現した。構

成則として土：非線形(Drucker-Prager),補強材：線形を用いた。三 軸圧縮試験結果の近似値より求めた力学特性を表‐

2

に示す。

表

-1

試料物性

ゆる 密 ゆる 密

ρ_s

（g/cm

³

）

ρ_dmax ρ_dmin

ρ_d0 1.41 1.52 1.39 1.55 e 0.84 0.70 0.87 0.68 Dr (%) 20 61 33 75

1.655 1.664 1.358 1.287 豊浦標準砂 成田層山砂

2.588 2.607

4 4

D40 12 2

σ kPa 25 50 100 200 25 50 100 200 25 50 100 200 25 50 100 200

E kPa 10.2 13.7 20.7 34.7 10.0 15.0 25.0 45.0 4.0 5.2 7.7 12.7 5.3 7.7 12.5 22.2

ν -

C kPa

φ °

τ kPa 20.8 40.6 80.3 159.5 24.1 44.4 84.9 165.9 24.1 44.4 84.9 165.9 27.9 51.2 97.9 191.1 成田層山砂

ゆる詰 密詰

豊浦標準砂

ゆる詰 密詰

3.9 4.6

39.0 43.0

0.48 0.49

0.498 2.0 41.3 38.4

0.497 1.0

表表

表表

----2 2 2 2

試料土の力学特性試料土の力学特性試料土の力学特性試料土の力学特性

キーワード：ジオテキスタイル、密度、三軸圧縮試験、FEM 数値実験

連絡先：〒275-8575 千葉県習志野市泉町 1-2-1 TEL.047-474-2455,2420 Fax.047-474-2449

100.00

50.00

A B

D C

単位:㎜

X Y

AB 固定 固定 BC

AD 側圧

載荷 自由

CD 固定 強制 変位 境界条件 補強材

図‐

図‐

図‐図‐1.

1. 1. 1.補強材

補強材補強材補強材

図‐

図‐

図‐図‐2

2 2 2....FEM FEM FEM FEM

モデルモデルモデルモデル

補強材 リン青銅製

E=12×10¹⁰Pa ν=0.38 ひずみゲージ

4.

4.

4.

4.

結果結果結果結果及び考察及び考察及び考察及び考察

図‐

図‐

図‐

図‐4444,5,5,5 はσ‐εの一部を図‐,5 図‐図‐図‐6666 に補強材応力・強度増分の推移を示す。砂質土の密詰ではひずみゲージ のコードがあることで同密度の供試体を作れなかったため、補強材応力はゆる詰のみ。また補強材応力は複 雑な挙動を示したため、その最大値を 0～7.5%と 0～15%の二区間で示す。2 点が近ければ補強材応力は 7.5%

まででピークに達し、離れていればその後も増加し続けたことをあらわす。

砂質土は初期段階では殆ど変わらないが、補強土は無補強のピーク後も 10～20%増しまで強度が上昇した。

また密詰めの強度はピーク後落ち始め、15%時にはゆる詰と同等の強度となった。

三軸と

FEM

の比較を表表表表

-3

に示す。特に豊浦標準砂において三軸圧縮試験との乖離が大きい。

FEM

では土 のヤング係数が強度増加・補強材応力に影響を与える主要因となった。

土と補強材の接合条件を組み込むことで、より実態に即したモデルにな るであろう。

5 5

5 5

まとめまとめまとめまとめ

・ 砂質土はひずみの進行が進むにつれて補強効果が現れる。

・ 土中に働く内部応力を補強材が負担している事が明らかになった。

参考文献 参考文献 参考文献

参考文献 ジオテキスタイルを用いた補強土の設計施工マニュアル,建設省土木研究所,H4.3

強度 増分

補強材 応力

豊浦標準砂 F F 三： 三軸-大 成田層山砂 ○ 三 ○： 同程度

　　　凡例 F： FEM-大

表‐

表‐

表‐表‐3

3 3 3

比較比較比較比較

成田層山砂－25kPa

0 20 40 60 80 100 120 140

0 5 10 15

ひずみ(%)

主応力差(kPa)

豊浦標準砂－25kPa

0 20 40 60 80 100 120 140

0 5 10 15

ひずみ(%)

主応力差(kPa)

ゆる詰－無補強 ゆる詰－補強土 密詰－無補強 密詰－補強土

豊浦標準砂-25kPa

0 20 40 60 80 100 120 140

0 5 10 15

ひずみ（%）

主応力差(kPa)

ゆる詰‐無補強 ゆる詰‐補強土 密詰‐無補強 密詰‐補強土

成田層山砂-25kPa

0 25 50 75 100 125 150

0 5 10 15

ひずみ（%）

主応力差(kPa)

図‐４ 図‐４ 図‐４

図‐４

....

σ‐σ‐σ‐σ‐εεεε（（（（供試体供試体供試体供試体））））

三軸 三軸

三軸三軸

FEM FEM FEM FEM

図‐図‐

図‐図‐

5 5 5 5....

σ‐σ‐εσ‐σ‐εε（ε（（（補強材補強材補強材）補強材）））

三軸 三軸

三軸三軸

FEM FEM FEM FEM

図‐

図‐

図‐図‐6

6 6 6....

補強材応力補強材応力補強材応力補強材応力及び強度増分及び強度増分及び強度増分及び強度増分

三軸 三軸

三軸三軸

FEM FEM FEM FEM

豊浦標準砂-25kPa

0 20 40 60 80 100

0 5 10 15

ひずみ（%）

補強材応力（MPa）

ゆる詰 密詰 成田層山砂－25kPa

0 50 100 150 200

0 5 10 15

ひずみ(%)

補強材応力(MPa)

豊浦標準砂－25kPa

0 5 10 15 20 25 30 35

0 5 10 15

ひずみ(%)

補強材応力(MPa)

成田層山砂-25kPa

0 10 20 30 40 50

0 5 10 15

ひずみ（%）

補強材応力（MPa）

0 20 40 60 80 100 120

0 50 100 150 200 ひずみ(%)

強度増分(kPa)

ゆる詰－増分 密詰－増分

～7.5% 応力

～15% 応力

補強材応力(MPa)

0 100 200 300 400 500

0 50 100 150 200 側圧（kPa）

補強材応力（MPa）

ゆる詰－応力 ゆる詰－増分 密詰－応力 密詰－増分

強度増分（kPa）

0 50 100 150 200 250 300 350

0 50 100 150 200 側圧（kPa）

補強材応力（MPa）強度増分（kPa）

0 50 100 150 200

0 50 100 150 200 側圧(kPa)

強度増分(kPa)補強材応力(Mpa)