不飽和土の一次元圧縮挙動 ( コラプス挙動 ) に関する一考察
鹿児島大学工学部 学生員 ○鶴木健太 鹿児島大学大学院理工学研究科 正会員 北村良介 鹿児島大学大学院理工学研究科 正会員 城本一義
１．はじめに
不飽和土は間隙が空気と水で満たされており、
すべての間隙が水で満たされている飽和土とは異 なった力学挙動を示す。圧縮過程において飽和度 の低い不飽和土の水を加えたときに見られるコラ プス挙動は、不飽和土に特有な力学挙動の一つと して広く知られており、コラプス挙動に関する地 盤工学問題が発生している。
下川ら1)は、サクションを制御・測定できる不飽 和土用一面せん断試験装置を用い、赤土の一次元 圧縮過程でのコラプス挙動に関する考察を行った。
吸水
図-1 コラプス
吸水
図-1 コラプス
図-2 川内川シラスの粒径加積曲線 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0.001 0.01 0.1 1 10
粒径[mm]
通過質量百分率[%]
ここでは、同様な不飽和土用一面せん断試験装置 を用い、川内川で採取した二次シラスの一次元圧 縮挙動(コラプス挙動)に関する実験を行っている。
２．実験試料、装置、手順 2.1 実験試料
実験に用いた試料は鹿児島県川内川の旧河川堤 防に使われていた二次シラスであり、2 mmのふる いを通過したものを使用している。図-2に試料の粒 径加積曲線を示している。土粒子密度は2.58g/cm3 である。含水比が20％(飽和度40％)になるように 調整した試料を用いた。
2.2 実験装置
図-3に本研究で用いた実験装置である不飽和土用 一面せん断装置の概略図を示す。本試験装置では、
間隙空気圧と間隙水圧を変化させることにより、サ クションを制御・測定することができる。サクショ
ンは間隙空気圧用レギュレータ及び間隙水圧用レギ 間隙水
圧計
セラミックディスク付きペデスタル せん断荷重計
DCサーボモータ せん断箱
垂直荷重計
横圧計 間隙空気圧用レギュレータ
垂直圧レギュレータ
平衡圧レギュレータ
コンプレッサー
間隙水圧用レギュレータ
体積変化計
垂直変位計
せん断変位計 ポーラスストーン付き加圧板
供試体
ュレータを調整することにより制御を行った。
2.3 実験手順
図-3 実験装置の概略図 供試体は含水比20％に調整した試料を用いて空中
落下法により作製した。供試体の寸法は直径60mm
高さ40mm である。実験には初期水浸土と途中水浸土を用い、初期水浸土では、供試体をセットした後、間 隙水圧用レギュレータにより供試体に水圧をかけ 1 日水浸させた、その後の圧縮圧力各段階での載荷時間は 15 分とした。途中水浸土では初期水浸土と同様に供試体をセットした後、不飽和状態で圧縮し、所定の圧縮
土木学会西部支部研究発表会 (2010.3) III-090
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圧力に達したとこで水浸させた。載荷時間は初期水浸土と 同じ条件で行った。途中水浸土の水浸させた圧縮圧力は
32kPa,309kPa,514kPaである。これらの所定の圧力での
水浸をサクション50kPa,80kPa,110kPaで行い、その結果
得られたe-logp曲線を比較することによりサクションが一
次元圧縮にどのような影響を与えるかを調べることとする。 1
1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4
1 10 100 1000
圧縮圧力(kPa)
間隙比e
サクション110kPa サクション80kPa サクション50kPa
３．実験結果と考察 図-4 初期水浸土の場合
図-4、図-5、図-6、図-7にe-logp曲線を示す。図-4より 初期水浸土の場合コラプスによる変化量は大きく違ったが
約175kPaあたりから曲線がほぼ一致している。また、圧
縮圧力32kPa(図-5),309kPa(図-6)のデータを見るとサクショ 間隙比
ン80kPaの曲線が、圧縮圧力514kPa(図-7)ではサクション
1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4
1 10 100 1000
圧縮圧力(kPa)
e
サクション110kPa サクション80kPa サクション50kPa
50kPaの曲線が大きく外れている。水浸させる圧縮圧力に
より間隙比変化量が極端に変化するサクション値が存在す
図-5 圧縮圧力32kPaで水浸の場合 る可能性がある。(図-8参照) 次に水浸時の間隙変化量は
ばらつきが多かったが水浸前と水浸後の所定の圧縮圧力で の変化量はほとんど同じ挙動を示す結果となった。これより
1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4
1 10 100 1000
圧縮圧力(kPa)
間隙比e サクション110kPa
サクション80kPa サクション50kPa
サクションの違いはコラプスによる間隙変化量に影響し、
その前後の圧縮挙動にはほとんど関係しないのではないか と考えられる。圧縮圧力309kPaで水浸させた場合のサク
ション80kPaの曲線ではコラプスによる間隙比変化の時に
図-6 圧縮圧力309kPaで水浸の場合 圧縮圧力が若干下がっている。これは供試体に水圧をかけ
1日水浸させた際、ポーラスストーン付き加圧板とせん断 箱の隙間から水が溢れでたため、垂直荷重を水が受け持ち、
データロガーに表示される垂直荷重値が低く計測された為 に起きた現象だと思われる。
４．おわりに
本研究では川内川で採取した二次シラスを用いてサクショ 1
1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4
1 10 100 1000
圧縮圧力(kPa)
間隙比e サクション110kPa
サクション80kPa サクション50kPa
ンが一次元圧縮試験にどのような影響を与えるか調べた。 図-7 圧縮圧力514kPaで水浸の場合 得られた結果は以下の通りである。
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09
40 50 60 70 80 90 100 110 120
サクション
間隙比変化量Δe
初期水浸土 圧縮圧力32kPaで水浸 圧縮圧力309kPaで水浸 圧縮圧力514kPaで水浸
・サクション値の違う状態で圧縮した場合、コラプスの間 隙比変化量には影響があるとおもわれ、水浸前後の圧縮挙 動には影響がないとおもわれる。
・水浸させる圧縮圧力によって間隙比変化量が極端に変化 するサクション値が存在する可能性がある。
・今回の実験はサクション110kPa,80kPa,50kPaで行った がデータ数がもう少し多ければ、よりよい考察が可能にな
ると思うので、サクション140kPa,20kPaのe-logp曲線 図-8 間隙比変化量とサクションの関係 も求める必要がある。
参考文献 1) 下川大介、肥山浩樹、北村良介：不飽和土の圧縮特性に関する一考察 第44回地盤工学研究発表会、pp645-646、2009.
土木学会西部支部研究発表会 (2010.3) III-090
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