(a) (b) (c) (d) (b') (c') (d') Fig. 1 Undrained shear strength of soft clay ground during consolidation Fig. 2 Illustration for an one-dimensional con

土 木 学 会 論 文 集No. 505/III-29. DD. 307∼317. 1994. 12

圧密過程 における粘土の非排水強度の評価法

梅 崎 健 夫*・ 落 合 英 俊**

一次圧密か ら二 次圧密 まで の全 ての圧密過程 にお ける飽和粘土 の非排水強度 を評価す る手法を提案 した 提案 した評価法 は, 変形の ひずみ速度依存性 を考慮 した一次元圧密 理論 と圧密過程 における間隙比(含 水比)の 減少量 と非排 水強度 の増加量 の一義性の経 験則を結び付けたものであり, その ために二次圧密 を含む全ての圧密過程 を評価す る応 力 として"換 算圧 密応力"を 新 たに定義 した. 計算結果 と既往の試験結果 を含 む各種の 試験結果 を比較 することによ り評価法の検証 を行 った.

Key Words: remolded clay, undisturbed clay, undrained shear strength, time effect, rate of strength increase, degree of consolidation

1. は じ め に 粘 土 の 圧 密 と非 排 水 強 度 に 関 す る研 究 は, 圧 密 とせ ん 断 にお け る時 間 効 果, 例 え ば 圧密 過 程 に お け る ク リー プ 変 形(二 次圧 密), 非 排 水 強 度 に 及 ぼ す 圧 密 時 間 お よび せ ん 断 速 度 の 影 響 な どの よ うに, 今 な お解 明 す べ き課題 を抱 え て い る. 本 文 は, これ ら課 題 の うち, 一 次 圧 密 か ら二 次圧 密 ま で の 全 て の 圧 密過 程 にお い て圧 密 時 間の 異 な る粘 土 の 非 排 水 強 度 を評 価 す る た め の 手 法1)を提案するものであ る. この こ と は, 実 務 設 計 に お い て は, 軟 弱 粘 土地 盤 上 の 埋 立 や 盛 土 施 工 に お け る 基 礎 地 盤 の 安 定 問 題, プ レ ロー デ ィ ン グお よび バ ー チ カ ル ドレー ン工 法 な どの強 度 増 加 を 目的 と した 地 盤 改 良 の照 査 な ど に関 わ る 日常 的 で 重 要 な 課題 で もあ る. 問 題 を簡 略 化 す る た め に, Fig. l(a)に 示 す よ う な 飽 和 軟 弱 粘 土 地 盤 が半 無 限 の 等 分 布 荷 重(jρ)を 受 け た 場 合 の安 定 問題 を考 え る. 一 様 な正 規 圧密 状 態 に あ る 軟 弱粘 土 地盤 の す べ り破 壊 に お いて は, 地盤 の透 水 性 が 極 め て低 い た め に, 通常 せ ん断 強 度 は非排 水 強 度 と して 捉 え られ る しか しな が ら, 軟 弱 粘 土 地盤 の非 排 水 強 度 は圧 密 の進 行 とと もに増 加 す るの で そ の増 加 量 を的 確 に 予 測 す る必 要 が あ る. Fig. l(b)∼(d)は, 一 次 圧 密 過 程 にお け る間 隙水 圧 の減 少 量(jη), 間 隙 比 の 減 少 量 (jの お よ び非 排 水 強 度 の 増 加 量(jcの 場 所 的 時 間 的変 化 を模 式 的 に 示 した も の で あ る. 排 水 面 か らの 距 離 に応 じて地 盤 内 の 有 効応 力 や間 隙 比(含 水 比)が 異 な る の で, 一 次圧 密 過 程 に お け る非 排 水 強度 の増 加 量 は地 盤 内 に お い て す べ て一 定 で は な く場 所 的 時 間的 に異 な る. さ らに, 軟 弱 粘 土 地 盤 に お いて は間 隙水 圧 消 散 後 も二 次 圧 密 が長 期 間 にわ た り継 続 して生 じる の で, 非 排 水 強 度 は そ の分 だ け さ らに 増加 す る. した が っ て, 全 応 力 法 に よ る軟 弱 粘 土 地 盤 の 支持 力(gm)は, 図 中 のaお よ び b点 の よ う な潜 在 す べ り面 上 の非 排 水 強 度(c)を 加 え 合 わせ た値 と して算 定 され る の で, 圧 密 時 間 に依 存 す る だ け で な く, そ の とき の す べ り面 の位 置 や 大 き さ に よ っ て異 な る. 以 上 の こと よ り, 軟 弱 粘 土 地 盤 の 安 定 問 題 に お い て は, 地 盤 全 体 の 平 均 的 な 強 度 増 加 量 で は な く, Fig. 1(b)∼(d)に 示 す よ うな 地 盤 内 の 任 意 の 分 割 層 ご と の非 排 水 強 度 を圧 密 の進 行 に応 じて的 確 に評価 す る こ とが 重 要 で あ る. 変 形 の ひず み速 度 依 存 性 を考 慮 した一 次 元 圧 密理 論 に 関 す るLowe2), Leroueilら3)および今井ら4)の最近の研 究 は, Fig. 2(a)に 示 す よ う に, 二 次圧 密 を含 む 全 て の 圧 密 過 程 にお け る 間隙 比(H変 化 が, 鉛 直 有 効 応 力(ρ)と ひ ず み速 度(2=-dθ β ∫)の 関 数 と して次 式 の よ う に表 され る こ と を理 論 的 ・実験 的 に示 して い る. θ=JH(∂, ρ) (1) 式(1)はFig. 1(b)∼(d1)に 示 した よ う な軟 弱 粘 土 地 盤 の 各 分 割 層 ご と に成 り立 ち4), こ の圧 密 理 論 に よれ ば, 圧 密 過 程 に お け る 有 効 応 力 と 間 隙 比 の 関 係 は, Fig. 2(a)に 示 す よ うに, 二 次圧 密 を含 む全 て の圧 密 過程 を通 じて正 規 圧 密 線 か ら逸 脱 した経 路 を辿 り, また, 各分 割層 ご との 間 隙 比 の 経 時 変 化 はFig. 2(b)の よ う に表 され る. この よ うに, 変形 の ひず み速 度 依存 性 を考 慮 した一 次 元 圧 密 理 論 は, 二 次 圧 密 を含 め た 全 て の圧 密 過 程 に お け る地 盤 内 の任 意 の分 割 層 ご との 圧 密 の進 行 を 評 価 す る た めの 有 効 な手 法 で あ る. しか しな が ら, 式(1) は, Fig. 2(a)に 示 す よ う に, 従 来 よ り広 く認 識 さ れ て き た一 次 圧 密 過程 に お け る有 効 応 力 と間 隙比 の一 義 性 を否 定 す る もの で あ り, ま た, 式(1)を 適 用 す る場 合 に は, 従 来 の 圧 密度 に代 わ って 圧 密 の 進行 の程 度 を評 価 す る た めの 新 た なパ ラ メ ー タ を定 義 す る必 要 が あ る. *正 会員 工修 信州大学助手 工学部社会開発工学科 (〒380長 野市若里500) **正 会員 工博 九州大学教授 工学部建設都市工学科

圧密過程 における粘土の非排水強度の評価法/梅 崎 ・落合 飽 和 粘 土 の 非 排 水 強 度(c)は 次 式 の よ う に定 義 され る. c=(σl-σ3)mx/2(2) こ こで, σ, σ3はそ れ ぞれ 最 大, 最 小 主 応 力 で あ る 著 者 ら5)は, Fig. 3に示すように, 圧密時間の異なる 瓦 圧 密 ・平 面 ひ ず み 三 軸 圧 縮 試 験 の結 果 か ら練 返 し粘 土 の 間 隙比(KJ)と 非 排 水 強 度(c)の 間 に は 二 次 圧 密 を含 む全 て の 圧 密 過 程 に お いて θ∼logcの 直線 関 係 が 成 り立 つ こ と を示 した. ま た一 方 で, 三 笠6)は土のせん 断 強 度(τI)は 次式 の影 響 因子 に よ り決 定 され る と して い る. τ=J(土 の種 類, 密 度, 含 水比, 骨 組 構 造, 有 効 応 力)… …(3) これ らの こ とか ら, 圧 密 過 程 に お ける 粘 土 の非 排 水 強 度 に関 して よ り一般 的 に表 現 す る なら ば, 次式 で示 さ れ る よ う に, 間 隙 比 の 減 少 量(jθ)と 非 排 水 強 度 の増 加 量 (j)の 間 に一 義 的 関係 が 成 り立 つ もの と考 え られ る. j6η=HJ(j6) (4) 以 上 の こと よ り, 二 次 圧 密 過 程 を含 む全 て の圧 密 過 程 にお け る粘 土 の非 排 水 強 度 を評 価 す る た め に は, 変 形 の ひず み 速度 依 存 性 を考 慮 し た一 次元 圧 密 理 論 と圧 密 過 程 にお ける 間 隙比 の減 少 量 と非 排水 強 度 の増 加 量 の 一 義 性 の 経 験則 を合 理 的 に結 び付 ける こと が重 要 で あ る. 本 文 は, ま ず, 非 排 水 強 度 に 関 す る既 往 の 評 価 法 を概 観 し, 次 い で, 圧 密 度 に代 わ る新 た なパ ラ メー タ を用 い た 評価 法 の理 論 的 誘 導 とそ の実 験 的 検 証 に主 眼 をお い て 論 じた も の で あ る. 2. 非 排 水 強 度 に 関 す る 既 往 の 研 究 圧 密過 程 に お け る非 排 水 強 度 の 増加 量(jc)を 評 価 す る た め に従 来 よ り提案 され て い る方 法7)13)は, いずれ も以 下 に示 す 一 般式 の形 で表 され て お り, 強 度 増 加 率 と 圧 密 度 に関 す る評 価 法 に集 約 され る.

Fig. 1 Undrained shear strength of soft clay ground during consolidation

(a) (b) (c) (d) (b') (c') (d')

Fig. 2 Illustration for an one-dimensional consolidation model with creep

Fig. 3 Relation between void ratio and undrained shear strength during consolidation

土 木 学 会 論 文 集No. 505/III-29, pp. 307∼317, 1994. 12 jcη==cη-cηo=(cu/p)jρ ・σ (5) こ こ で, jρ は載 荷 に よ る応 力 増 分, c∫は応 力 増 分 jρ の 下 で の任 意 の 圧 密 時 間 ∫に お け る非 排 水 強 度, c は載 荷 前 の 非 排 水 強 度, c/ρ は圧 密 終 了 時 の 強 度 増 加 率, σ は 圧密 度 で あ る. 強 度 増 加 率 が 圧 密 過 程 に お い て 一定 で あ る こ とが 式 (5)が 成 り立 つ ため の 前 提 条件 で ある. ま た, 一 般 に 圧 密 過 程 が一 次 圧 密 と二 次 圧 密 に分 けて 論 じ られ る こ と か ら, 非 排 水 強 度 に関 す る研 究 も一 次 圧 密 過程7)∼10)と二 次 圧 密 過 程l2)∼14)に分けられ, ほとんどの研究がどちら か一 方 を取 り扱 っ た もの で あ る. (1)正 規 圧 密 線 上 に あ る 粘 土 の 非排 水 強度 Schofieldら15)は, 等方圧密応力(ρ)を受けて圧密が 終 了 した(圧 密 過 程 にお け る ク リー プ変 形 を無 視 した) 飽 和 粘 土 の非 排 水 強 度(c)をCam-clayモ デル16)に基 づ い て次 式 の よ う に与 えて い る. oμ=(M2J)exp{-(1-κ/λ)}・ ρ (6) こ こで, Mは 限 界 状 態 線 の傾 き, κ=0. 434Cs(Cs: 膨 潤 指 数), λ=0. 434Cc(Cc: 圧 縮 指 数), ρ は等 方 圧 密 応 力 で あ る. 式(6)は 非排 水 強度 が圧 密 応 力 に比 例 す る こ とを示 して お り, こ の こと がMayne17)による既往の試験結果 の 整 理 に よ って確 か め られ て い る. 一 方, 著 者 ら5)は, 高塑性の有明粘土(Ip=69)を用 い た圧 密 時 間 の 異 な る κ0圧密 ・平 面 ひず み 三 軸 圧 縮 試 験 の 結 果 か ら, 強 度 増 加 率(c/ρ)は, 一 次圧 密 か ら二 次 圧 密 ま で の 全 て の 圧密 過 程 に お い て一 定 で な く, 圧 密 時 間 に大 き く依 存 して異 な る こ と を示 した一 す な わ ち, 圧 密 応 力 が 異 な る正規 圧 密 線 上 の粘 土(異 な る圧 密 応 力 で 一 次 圧 密 が 完全 に終 了 し, そ の後 二 次 圧 密 をあ ま り生 じて い な い粘 土)の 相 互 関係 に お い て は非 排 水 強度 は圧 密 応 力 に比 例 す るが, 一 連 の圧 密 過 程 に おい て 強度 増 加 率 は一 定 で はな い と解釈 す る こ と が よ り一 般 的 で あ る と 考 え る. (2)-次 圧 密 過 程 に お け る粘 土 の 非 排水 強度 先 駆 的 研 究 と して赤 井18)の研究がある. 赤井は, 等方 圧 密 過 程 に お いて 異 な る圧 密 度 を有 す る不 撹 乱 お よび練 返 し粘 土 に対 して 三 軸圧 縮 試 験 を行 い非 排 水 強度 を求 め て い る. その 結 果, 圧 密途 中 の粘 土 の非 排 水 強度 は そ の 時 の 有 効 応 力 に対 応 す る圧 密 応 力 で一 次 圧 密 が終 了 した 粘 土 の そ れ と 同 等 で あ り, log∫ 法 に よ り求 め た 圧 密 度 (σ)と 非 排 水 強 度(c)の 問 に σ∼10goの 直 線 関 係 が 成 り立 つ こ と を示 した た だ し, 一 次 圧密 過 程 に お け る間 隙 比(e)と 有 効 応 力(ρ1)の 関係 は常 に正 規 圧 密 線 上 に沿 って 変 化 す る こと を前 提 と して お り, ま た, 圧 密 度(σ)は, σ=(θ-6)/(6-θ1)=(ρ1-ρ)/(ρ-ρ) =1-(η β0)と 定 義 してい る. そ の 後, 一 般 に圧 密 度 は応 力 に 関 す る圧 密 度(の) と ひず み に 関 す る 圧 密 度(σ)に 分 けて 考 え ら れ る よ う に な っ た が, や は り θ∼10gρ の 直線 関 係 を 前 提 に し て 圧 密 途 中 の σρはKJよ り常 に 遅 れ て 生 じ, そ の遅 れ は荷 重 増 加 率(jρ/p)に 依 存 す る と理 解 さ れ て い る19). 不 撹 乱 粘 土 に対 す る研 究 に高 山10)の研究がある. 高山 は, 一 次 圧 密 過 程 の 非排 水 強 度 を評 価 す る た め に せ ん断 強 度 の増 加 割 合(σ=(c-c)/(c1-c0))を 定 義 した. こ れ はせ ん 断 強 度 に 関 す る圧 密 度 を定 義 した もの と考 え る こと が で き る. 円 筒 容 器(内 径7. 5cm, 高 さ10cm, 20cm)内 で 一 次 圧 密 過 程 に あ る 試 料 を切 り出 し て非 圧 密 定 体 積 一 面 せ ん断 試 験 を実 施 した結 果 か ら, σ, HG を関 係 づ け る実 験式 を次 式 の よ う に与 え て い る. στ=1-(1-HGLK)l/η (7) こ こで, η は実 験 定 数 で あ り, 練 返 し粘 土 に対 して は η=1, 不 撹 乱粘 土 に対 して は η=2∼6と して い る. さ ら に, 一 次 圧 密 過 程 の 強 度 増 加 率((c/ρ)∫)と し て 次式 を提 案 して い る. (cη/ρ)∫=(cπ/ρ)(στ/HG) (8) す な わ ち, 一 次 圧密 過 程 の強 度 増 加 率 は, 練 返 し粘 土 の 場 合 は一 定 で あ るが, 不 撹 乱 粘 土 の場 合 は一 定 で は な い こと を示 して い る. た だ し, 有 効 応 力 は, 間 隙 水 圧 を直 接 測 定 して算 定 した も の で は な く, 一 次 圧 密 過 程 にお け る含 水 比(間 隙 比)と 有 効 応 力 の 一 義 性 を仮 定 して 供 試 体 の含 水 比 か ら推 定 され て い る. 式(7)の 実 験 定 数 η の値 に は幾 らか検 討 の余 地 が あ る よ う に思 われ るが, 一 次 圧 密 過 程 に お ける含 水 比 の 減 少 量 と非 排 水 強 度 の 増加 量 の関 係 な ど興 味深 い結 果 が 数 多 く示 され て い る. (3)二 次圧 密 過 程 にお け る粘 土 の 非 排 水 強 度 練 返 し粘 土 の長 期 圧 密 を対 象 と し た安 原 ら12)13)の研究 と 自然 地 盤 を対 象 と した半 沢20)の研究が挙げられる. 安 原 ら12)13)は, 圧密応力ρ, 含水比ηの正規圧密線 上 の 点(時 間 ∫)か ら圧 密 応 カー 定 の ま ま で含 水 比 ηl(時 間 ∫)ま で長 期 圧 密 され た飽 和 粘 土 に対 して, 村 上21)が 示 し た見 か け の先 行 荷 重 を適 用 す る こと に よ り, こ の と き の強 度 増 加 率(cl/ρ)と 非 排 水 強 度(C)を そ れ ぞ れ 次 式 の よう に求 め る と と もに, 等 方 圧 密 ・三 軸 圧 縮 試 験 の結 果 に よ り提 案 式 の妥 当性 を検 証 して い る. cμ1/ρo=(cη0/ρo)<∫l/∫0)R, R∼=Cα/Cc (9) c=cηoexp[{Os(ηo-η11)}/43. 4Cc] <10) こ こ で, Cαは 二 次 圧 密 係 数, Ccは 圧 縮 指 数, c0は 含 水比 η の時 の 非排 水 強 度, Osは 土 粒 子 の 比 重 で あ る 半 沢20)は, 時間効果を受けた自然地盤の非排水強度を (1)一次圧 密 に よ る強度 増 加, (2)二次圧 密 に よ る強 度増 加, (3)化学 的 結 合 作 用 に よ る強 度 増 加 の3つ の 要 因 に分 け て 評価 して い る. す な わ ち, 強 度 増加 率 が, 有 効 土 被 り圧 に依 存 す るの で はな く, 圧 密 時 間 に依 存 す る と して22),

圧密渦程 にお ける粘土の非排水強度の評価法/梅 崎 ・落合 時 間 効 果 を受 けた 自然 地 盤 の非 排 水 強 度 を一 次 圧 密 の み を受 けた 粘 土 の 強 度 増 加率 と圧 密 降伏 応 力 を用 いて 評 価 す る た めの 手 法 を提 案 して い る. (4)全 て の圧 密 過 程 に お け る粘 土 の非 排 水 強 度 二 次 圧 密 を含 む 全 て の圧 密 過 程 を対 象 と した研 究 に外 崎 ら11)の研究がある. 外崎らは, 一次元圧密における体 積 ひ ず み(jε)は 平 均 有 効 主 応 力(σM)の 増 加 に よ る 体 積 ひず み(jεM)と 負 の ダ イ レイ タ ン シ-の 時 間 依 存 性 に よ る体 積 ひ ず み(jε4)の 和 で あ る と し23)24), 体積 変 化 に寄 与 す る有 効 応 力 を等 価 有 効 応 力(σ)と 定 義 し た. さ ら に, 等 価 有 効 応 力 を用 い た圧 密 度(Ue)を 次 式 の よ うに 定 義 して い る

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こ こ で, jεM∫はjεMの 収 束 値, σM∫はjεM∫の 時 の平 均 有 効 主 応 力, σ お よびHJは そ れ ぞ れ圧 密 前 お よ び任 意 の 圧 密 時 間 に お ける等 価 有 効 応 力 で あ る. 等 価 有 効 応 力 を用 い た 強 度 増 加 率(c/σ)は 圧 密 履 歴 や圧 密 時 間 に 依 らず一 定 で あ る こ と24), σは二次圧 密 過 程 に お い て α ≧1の 値 とな り二 次 圧 密 を 含 め た全 ての 圧 密過 程 に お ける 強度 増 加 量 を評 価 で き る こと を示 して い る. た だ し, 外 崎 ら も一 次圧 密過 程 に お け る6∼ logρ の 直 線 関 係 を前 提 と して お り, ま た, jεM∫を厳 密 に求 め る こ と は困 難 で あ り経 験 式 に よ り算 定 す る と して い る. 3. 換 算 圧 密 応 力 に 基 づ く非 排 水 強 度 の 評 価 法 変 形 の ひ ず み速 度 依 存 性 を考 慮 した一 次 元圧 密 理 論 と 圧 密 過 程 に お ける 間 隙比 の減 少 量 と非排 水 強 度 の増 加 量 の 一 義性 の 経験 則 を合 理 的 に結 び付 ける こと に よ り, 一 次 圧 密 か ら二 次圧 密 ま で の全 ての 圧 密過 程 に お け る飽 和 粘 土 叩 非排 水 強度 を評 価 す る ため の 簡便 な手 法 を提 案 す る1). (1)圧 密 応 力 の評 価-換 算 圧 密 応 カ-一 次 元 圧 密 過 程 に お け る供 試 体 内 の任 意 の 分 割 要 素 (実 地盤 内 の任 意 の分 割 層 に相 当 す る)の 鉛 直有 効 応 力 (p)と 間 隙 比(の お よ び 非 排 水 強 度(c)の 関 係 を そ れ ぞ れFig. 4(a), (b)に 示 す. 鉛 直 有 効 応 力 ρ で 正 規 圧 密 さ れ た粘 土(Fig. 4(a)のA点)が 鉛 直 応 力 ρlで圧 密 され る過 程(λ. →B→C→D)→E)を 考 え る. 変 形 の ひ ず み速 度 依 存 性 を考 慮 した一 次 元 圧 密 理 論 に依 れ ば, A点 の 粘 土 が 載 荷 を 受 け る と, 正規 圧 密 線(Fig. 4 (a)の. MC. D)か ら逸 脱 し た経 路(λ. →B→C)を 辿 り, 間 隙水 圧 が 消 散 し た後 に正 規圧 密 線 上 のC点 に 達 す る. さ らに, 圧 密 時 間 が 長 くな る と有 効 応 カー 定 の もと で 間 隙比 は減 少 しC→D→-Eの 経 路 を辿 る. 一 方, 圧 密 過 程 に お け る粘 土 の非 排 水 強 度 を考 え る と, 間 隙 水 圧 が 消 散 した後 の 二 次 圧 密 過 程(C→D)→E)に お いて は, 非排 水 強 度 は有 効 応 カ ー 定 の も とで増 加 し, D, E点 に あ る粘 土 の非 排 水 強 度 は それ ぞ れFig. 4(b) のD1, E点 で表 され る. E点 と同 じ間 隙 比 を も ち, か つ 正 規 圧 密 線 上 に あ るK点 の 非 排 水 強 度 につ い て 考 え る. K点 で表 され る非 排 水 強 度 を もつ 粘 土 は, 鉛 直有 効 応 力 ρ2の下 でA, C点 の 粘 土 と 同 じ時 間 の圧 密 を受 け た も の で あ り, 間 隙 水 圧 が 完 全 に消 散 して い る. E 点 とK点 の粘 土 は, そ れ ぞれ 圧 密 応 力 は ρl, ρ2と異 な っ て い る が, 間 隙 比 の減 少 量(j6=6-62)は 等 し い. し たが って, 式(4)で 示 した 間 隙比 の減 少 量 と非 排 水 強 度 の 増 加 量 の一 義 性 の 経 験 則 よ り両 者 の 非 排 水 強 度 (c2)は 等 しく, そ れ ぞ れFlig. 4(b)のE, K1点 で 表 され る. 以 上 の よ うな考 え方 に基 づ き圧 密 過 程 の 非 排 水 強 度 を 評価 す る ため に は強 度 増 加 に影 響 を及 ぼ す 圧 密 応 力 を新 た に評 価 す る こと が重 要 で あ る. 異 な る圧 密 応 力 で 一定 時 間 圧 密 され一 次圧 密 が終 了 し た 粘 土 の 間 隙 比(の と鉛 直 有 効 応 力(ρ1)の 関 係 を連 ね た 線 を基 準 線(正 規 圧 密 線)と す る. 6-ρ1面 上 に お い て, 圧 密 過程(A→B→C→D)→E)の 任 意 の 状 態 を 間 隙比 一 定 と して 基準 線 上 に投 影 し, 対 応 す る圧 密 応 力 を "換 算 圧 密 応 力(ρ*: COnVerSiOn StreSS)"と 定 義 す る. 例 え ば, 一 次 圧 密 過 程 のB点 に お け る粘 土 の 換 算 圧 密

Fig. 4 Key sketch for evaluating undrained shear strength during consolidation

土 木 学 会 論 文 集No. 505/III-29, pp. 307∼317, 1994. 12 応 力 は. F点 で表 され, 同 様 に, 二 次 圧 密過 程 のD点 に お け る 換 算 圧 密 応 力 はO点 で 表 され る. す な わ ち, 換 算 圧 密 応 力 を用 い る こ と に よ り全 て の圧 密 過 程 に お け る 間 隙 比 の 減 少 量 を正 規 圧 密 線 上 で統 一 的 に評 価 す る もの で あ る. ま た, F-ig. 4(b)に 示 す よ う に, 正 規 圧 密 線 上 の 粘 土(λ. F, C, O, K点)に お い て は非 排 水 強 度 が 圧 密 応 力 に比 例 して 増 加 す るの で, 非 排 水 強 度 と換 算 圧 密 応 力 の 間 に は圧 密 時 間 に 無 関 係 に比 例 関係 が成 立 す る と考 え られ る. した が って, 換 算圧 密 応 力 を用 い る こ と に よ り全 て の 圧 密 過 程 にお け る非排 水 強 度 を間 隙 比 の 関 数 と し て統 一 的 に評 価 す る こ とが で き る. 以 上 の こ と よ り, まず, 換 算圧 密応 力 の定 式 化 を行 う. Fig. 4(a)に 示 す θ-ρ 面 上 の 正 規 圧 密 線 は, 有 効 応 力 を対 数 表 示 す る と直線 に な る た め, 次 式 で表 され る. θ=FG-λ ・1ψ (12) こ こで, HJは ρ=1に お け る間 隙比, λ=0・434Cc(Cc: 圧 縮 指 数)で あ る. 換 算 圧 密 応 力(ρ は式(12)か ら間 隙比 の関 数 と し て次 式 よ う に表 され る. ρ=ρ0exp{(θo-6∫)/λ} (13) こ こ で, GFお よ び ρ は そ れ ぞ れ 応 力 増 加 前 の 間 隙比 お よ び 圧 密 応 力, θ∫お よ び が は そ れ ぞ れ 任 意 の圧 密 時 間 ∫に お け る 間 隙 比 お よ び換 算 圧 密 応 力, λ=0. 434Cc (Cc: 圧縮 指 数)で あ る. (2)圧 密 の 進 行 の 評価-圧 密 進 行 係 数-換 算 圧 密 応 力 を定 義 した こと に よ り一 次 圧 密 か ら二 次 圧 密 まで の 全 て の 圧 密過 程 に お け る圧 密 め 進 行程 度 も評 価 す る こ とが で き る. こ こで, 従 来 の圧 密 度 に代 わ る新 た なパ ラ メー タ と し て"圧 密 進 行 係 数(C: coeffi-cient of consolidation process)"を 次 式 の よ う に定 義 す る.

(14)

こ こ で, jρ(=ρl-ρ0)お よ びjρ*(=ρ-ρ0)は そ れ ぞ れ 載 荷 応 力 お よ び換 算 圧 密 応 力 の 増 分, θ0およ び ρ0はそ れ ぞ れ 応 力 増 加 前 の 間 隙 比 お よ び 圧 密 応 力, θ∫ お よ びGDは そ れ ぞ れ任 意 の 圧 密 時 間 ∫にお け る 間 隙 比 お よび 換 算 圧 密 応 力, λ=0.434C(Cc: 圧縮 指 数)で あ り, θ は載 荷 応 力(pl)で 基 準 時 間圧 密 され た とき の 間 隙 比(Fig. 4(a)に お い て は θHJ=61)で あ り基 準 線(正 規 圧 密 線)上 に あ る. 圧 密 進 行 係 数(Cは, 式(14)か ら分 か る よ うに, 間 隙比 の減 少 量 の み の関 数 と して表 され, 一 次 圧 密過 程 に お い て は0≦G≦1で あ り, 二 次 圧 密 過程 に お い て は C>1の 値 と な る. (3)換 算 圧 密 応 力 に基 づ く非 排 水 強 度 の評 価 式 全 て の圧 密 過 程 に お け る間 隙 比 の 減 少 量 を正 規 圧 密 線 上 で統 一 的 に評 価 す る た め に換 算圧 密 応 力 を定 義 した. 正規 圧 密 線 上 の粘 土 にお いて は非排 水 強度 が圧 密 応 力 に 比例 して増 加 す るの で, 非排 水 強度 とi換算 圧 密 応 力 との 間 に は圧 密 時 間 に無 関 係 に比例 関係 が成 立 す る と考 え ら れ る. し た が っ て, 換 算 圧 密 応 力 に基 づ く 強 度 増 加 率 (c∫/H)は, Fig. 4(b)に 示 す よ う に, 圧 密 応 力 の 大 き さ や圧 密 時 間 に無 関係 に全 て の圧 密 過 程 にお い て 一 定 で あ る と い う仮 定 が 成 り立 つ と考 え られ る. (cM/ρ)=(c/ρ)γHG (dour/dp*)=const. (15 こ こ で, (c/ρ)γHは 一 次圧 密 終 了 後 の 基 準 時 間 に お け る強 度 増 加 率 で あ る. 式(15)が 成 り立 つ と仮 定 す る と, 式(14)か ら二 次 圧 密 を含 む 全 て の 圧 密 過 程 に お け る任 意 の 圧 密 時 間tに お け る 非 排 水 強 度 の 増 加 量(jc∂ の 評 価 式 は 次 式 の よ う に誘 導 され る. QCut-Cut-CuO =(cμ/1))γθ∫. jρC (16) 式(16)は, 強 度 増 加 率 と圧 密度 に 関 す る既 往 の 評 価 法 (式(5))と 同 じ形 式 で あ る. ま た, Fig4(b)に 示 す よ う に, (c/ρ)-線 が原 点 を 通 る場 合((c/ρ)M=(c/ρ))に お い て は, 式(16) は次式 の よ う に書 き換 え られ る. cM=cκoexp{(60-6∫)/λ} (17) こ こで, c∫お よ び6∫はそ れ ぞれ 新 た な 載 荷 応 力 の下 で の任 意 の圧 密 時 間tに お け る非排 水 強 度 お よ び 間隙 比,

Fig. 5 Concept of a proposed method for evaluating undrained shear strength during consolidation

圧密過程 にお ける粘土の非排 水強度 の評価法/梅 崎 ・落合 cJHGおよびHGは そ れ ぞ れ 応 力 増 加 前 の 非 排 水 強 度 お よ び 間 隙 比, λ=0. 434Cc(Cc: 圧縮 指 数)で あ る. 式(17)は, Schofieldらl5)が与えた式(6)と同等 で あ り, 二 次 圧 密 過 程 にお い て安 原 ら13)が与えた式(10) と一 致 す る. 任 意 の圧 密 時 間 ∫にお け る非排 水 強 度(c∫)が 圧 密 過 程 に お け る間 隙 比 の 減 少 量HJの み の 関 数 と して 表 さ れ た. 以 上 の こ と を ま とめ る とFig. 5の よ うに な る. 4. 検 証 の た め の 強 度 試 験 (1)試 験 方 法 の 概 要 Fig・1で 示 した よ う な軟 弱 粘 土 地 盤 内 の 分割 層 の 圧 密 に伴 う強 度 増 加 特 性 を検 討 し評価 法 の検 証 を行 う ため に は, 原 位 置 試 験 や模 型 実験 を実 施 して, コ ー ン貫 入 試 験 や ベ ー ンせ ん断 試 験 な どの サ ウ ンデ ィン グか ら地 盤 内 の 強 度 を測 定 し, 同 一 層 か らサ ンプ リン グ した 試 料 の 含 水 比 や 間隙 比 と対 応 させ る こ とが 直接 的 な方 法 で あ る. し か しなが ら, 応 力 ・変 形条 件 や圧 密 条 件 の設 定 が 容 易 で あ る こ とか ら, 既 往 の研 究 に お い て も室 内 土 質 試 験 が実 施 さ れ る こ とが 多 い. た だ し, 室 内土 質 試 験 にお い て は Fig. l(b1)∼(d)に 示 す よ うな 一 次 圧 密 過 程 に お け る 分 割 層 の 非 排 水 強 度 を厳 密 に 再 現 す る こ と は 困 難 で あ る. そ こで 以 下 に示 す よ うな工 夫 を して 近 似 的 に そ の非 排 水 強 度 を求 め る. a)KH圧 密 ・平 面 ひず み 三軸 圧 縮 試 験5) 新 た に開 発 ・作 製 した試 験 装 置 に よ り圧密 時 間 の異 な る 瓦 圧 密 ・平 面 ひず み三 軸 圧 縮 試 験(JKLPUC)を 実 施 した. 試 料 は練 返 した有 明粘 土 で あ る. そ の物 理 特 性 お よ び試 験 条 件 はTablel(表 記 のAriake3)お. よ び Table2に 示 す. 試 験 方 法 の 詳細 は文 献5)に 譲 る が, 一 次 圧 密 過 程(圧 密 時 間10∼120min.)に お い て は, 平 面 ひ ず み圧 縮 試 験 を行 う前 に非 排 水 状 態 を約1時 間 保 つ こ と に よ り, 供試 体 内 の間 隙 水 圧 の 均 一化 を 図 り, 圧 密 度 をで き るだ け均 一 化 した後 の 非排 水 強 度 を測 定 して い る8)25). b)定 体 積 一 面 せ ん断 試 験 高 山10)は, 円筒容器内で一次圧密過程にある試料を切 り出 して, そ の後 直 ち に非圧 密 定 体 積 一 面 せ ん断 試 験 を 実施 して い る. 一 方, 圧 密 定 体 積 一 面 せ ん断 試 験 も実 施 され て い る この 場 合 に は, 鉛 直応 力 を所 定 の 圧 密 時 間 ま で載 荷 した後, 定 体 積 状 態 を保 つ よ う に鉛 直 応 力 を制 御 す る こ とで 供 試体 の圧 密 度 を均 一 化 し, 引 き続 き定 体 積 せ ん 断 を実 施 す る. この 圧 密 定体 積 一 面 せ ん 断試 験 が 既 往 の研 究lO)∼12)26>27)において最も多く行われている. Tablelに 試 料 の物 理 特 性 お よび試 験 条 件 を示 す. c)盛 土 基 礎 モ デル 地 盤 の コー ン貫 入 試 験 軟 弱 粘 土 地 盤 上 の築 堤 モ デ ル実 験 を実 施 し, 実 験 後 に 単 管 式 の ポ ー タ ブ ル コー ン(先 端 角30, 底 面 積6. 38 cm2)に よ る貫 入 試 験(貫 入速 度1cm/sec)を 行 っ た. そ の後, 試 料 をサ ンプ リン グ して 深 度 ご との含 水 比 を測 定 した. 実 験 装 置 と築 堤 実 験 の詳 細 は文 献28), 29)に 譲 り, その概 略 を述 べ る. まず, 自然 含 水 比(η. =96%) に等 しい ス ラ リー状 の 有 明 粘 土 試 料(Os=2.66, η= 96%, HG=68.8%, HG=29. 3)を 平 面 ひず み 実 験 土 槽(236

Table 1 Soil properties, test conditions and evaluation parameters on laboratory tests

*Cc=0. 007(wL-10), **Cc=0. 009(wL-10) (Terzaghi & Peck 30))

Table 2 Test cases (K0 PUG)

* Test case on a condition on 1 day consolidation under p=78. 4 kPa ** Void ratio on 1 day consolidation under p=78. 4 kPa

土 木 学 会 論 文 集NO. 505/III-29, pp. 307∼317, 1994. 12 (D,)×40(W)×70(D)cm)に 詰 め て 初 期 層 厚 を68cm と した. 次 い で, 上 載 圧 ρ=30kPaの 上 下 両 面 排 水 条 件 で 一 次 元 的 に31日 間(Case-1)お よ び71日 間 (Case-2)の 予 圧 密 を行 っ て モ デ ル地 盤 を作 製 し た. 一 時, 上 載 圧 を除 荷 して 盛 土 荷重 載 荷 前 の貫 入 抵 抗 を測 定 した後, 再 び ρ=30kPaの 上 載 圧 を 負 荷 し モ デ ル 地 盤 を正規 圧 密状 態 に 戻 して盛 土荷 重 を載 荷 した. 盛 土 荷 重 は, Fig. 6に 示 す よ う に, 盛 土 幅B=27cmの 部 分 に 盛 土 形 状 を模 擬 し た 階 段 状 の 荷 重(ρ1+ρ2+ρ3=20+20 +10kPa)を2通 りの 載 荷 速 度 で 載 荷 した. Case-1, Case-2と も に一 次 圧 密 途 中 の 未 圧 密 地 盤 で あ り, モ デ ル 地 盤 の 層 厚 は そ れ ぞ れ 約60cmと53cmで あ る. な お, Case-1の モ デ ル 地 盤 は盛 土 荷 重 ρ1+ρ2=20+20 kPaの 載 荷 直 後 にす べ り破 壊 を生 じた. (2)評 価 法 のパ ラ メ-タ の決 定 検 証 に用 い た室 内 土 質 試 験5)10)∼12)26)27)における評価 法 のパ ラ メ ー タ の一 覧 をTablelに 示 す. (1)圧 縮 指 数(Cc): 標 準 圧 密 試 験 よ り決定 され るが, そ の 値 が 不 明 な 既 往 の 試 験 に 対 し て は, 欄 外 に示 し た Terzaghi & Peck30)の推定式より算定した.

(2)基 準 間 隙 比(6γ ∫): 圧 密 応 力 ρlの下 で 基 準 圧 密 時 間(tref)だ け圧 密 され た と き の間 隙 比 で あ る. ただ し, 基 準 圧 密 時 間 は, 一 次 圧 密 が 完 全 に終 了 す る時 間 以 上 の 圧 密 時 間 と し, 実 際 に は3∫法 な ど の試 験 基 準 を参 考 に して決 定 す る. (3)強 度 増 加 率((c/ρ)γ, ∂: (HJ/ρ)γ=(c-c)/ (ρl-ρo)と して求 め る. こ こで, ρ とcは そ れ ぞ れ初 期 の圧 密 応 力 と非 排 水 強 度 で あ り, clはJHに 対 応 す る非 排 水 強 度 で あ る. 以 上 の3つ の パ ラ メー タを計 算 定 数 と して, 各 試 験 の 任 意 の圧 密 時 間 ∫に お い て 実 測 さ れ た 間隙 比(et)を 式 (14), (16)に 代 入 す る こと に よ り, 非 排水 強 度 の計 算 値 を算 定 した. ま た, 盛 土 基 礎 モ デル 地 盤 の コ ー ン貫 入 試験 に お い て は, 式(17)を 用 い て検 証 を行 う こ と と し, 土 粒 子 の比 重Os=2. 66, 飽 和 度Sγ=100%, 圧縮 指 数: Cc=0. 524, 初 期 含 水 比: η=89. 7%, 初期 貫入 抵 抗: g=17・OkPaを 評価 パ ラ メ ー タ と した. 5. 各 種 試 験 結 果 に 基 づ く評 価 法 の 検 証 (1)換 算圧 密 応 力の 検 証 まず 提 案 した 評 価 法 の基 本 と な る換 算 圧 密 応 力 を κ 圧 密 ・平 面 ひず み三 軸 圧 縮 試 験(瓦PUC)に よ り検 証 す る. a)換 算 圧 密 応 力 に基 づ く強 度 増 加 率 実 際 の鉛 直有 効 応 力(ρ)と 換 算 圧 密 応 力(ρ*)の 違 い を定 量 的 に比較 す る た め に, 一 次圧 密 か ら二 次圧 密 ま で の 全 て の圧 密 過 程 に お け る 両 者 の 関 係 をFig. 7に 示 す. ただ し, 供試 体 の圧 密 は周 面排 水 で行 い, 供 試 体 底 面 中心 の 間 隙水 圧(η)を 測 定 して い る. 供 試 体 の 有 効 応 力 は, 間 隙水 圧 消 散 時 に お ける 間隙 水 圧 の放 物 線 分 布 を仮 定 して, ρ1=ρ-(2/3)η と して 算 定 した31). 換算圧 密 応 力 は, 一 次 圧 密 過 程 にお い て有 効 応 力 よ り も遅 れ て 増 加 し, 間 隙水 圧 が 消 散 して有 効 応 力 が 一 定 とな る二 次 圧 密過 程 に お い て も間 隙 比 の減 少 と と も に増 加 す る. 著 者 ら5)は, 圧密過程における非排水強度は有効応力

Fig. 6 Loading pattern of model tests on embankment tion

Fig. 7 Relation between effective stress and conversion stress

Fig. 8 Relation between undrained shear strength and sion stress

圧密過程 にお ける粘土の非排水強度の評価法/梅 崎 ・落合 に比 例 す るの で は な く, 強 度 増 加 率(c/ρ)は 圧 密 時間 に大 き く依 存 して異 な る こ と を示 して い る. Fig. 8は, 換 算 圧 密 応 力(p*)と 非 排 水 強 度(c)の 関係 を示 した も ので あ る. 全 て の 圧 密過 程 に お い て非 排 水 強 度 は換 算 圧 密 応 力 と比 例 関 係 に あ る こと を示 して い る. す な わ ち, 換 算 圧 密 応 力 を用 い る こ とに よ り強 度 増 加 率 を有効 応 力 の大 き さや 圧 密 時 間 に 無 関係 に一 定 と して取 り扱 う こ と が で き る もの と考 え る. b)圧 密 進 行 係 数 換 算 圧 密 応 力 に 基 づ い て 算 定 さ れ る 圧 密 進 行 係 数 (Cの と応 力 お よび ひず み に関 す る圧 密 度(H=(ρ1-ρ)/(ρ1-ρo)お よび α=(θ-6∫)/(6-6γ ∂)の 関係 を そ れ ぞ れFigl9とFig. 10に 示 すJHの 有 効 応 力 は, Fig. 7と 同 様 に, HJ=ρ-(2/3)η と して 算 定 し た も の で あ る. 圧 密 進 行 係 数 と 応 力 に 関 す る圧 密 度 の 関 係 は Fig.7に お け る換 算 圧 密 応 力 と有 効 応 力 の 関係 と 同 様 で あ る. 一 方, ひ ず み に 関 す る圧 密 度 と圧 密 進 行 係 数 はい ず れ も二 次圧 密 過 程 に お い て も間 隙 比 の 減 少 と と もに 増 加 し全 て の圧 密 過 程 に お け る圧 密 の進 行 程 度 を表 示 す る こ とが で き る. 圧 密 進 行 係 数 は, Fig. 10に 示 す よ う に, 一 次 圧 密過 程 に お い て は ひず み に関 す る圧 密 度 よ り遅 れ て 進 行 し, 長 期 の二 次 圧 密 過 程 に お いて は幾 らか速 く進 行 す る. Fig. 11は, 全 て の圧 密 過 程 に お け る非 排 水 強 度 の増 加 量(jc)と 圧 密 進 行 係 数(cJKの 関 係 を示 した もの で あ る. 非排 水 強 度 の増 加 量 と圧 密 進 行 係 数 は圧 密 時 間 に無 関係 に比 例 関係 に あ る こ と を示 して い る. した が っ て, Fig. 8とFig. 1lの 結 果 か ら, 一 次 圧 密 か ら二 次 圧 密 まで の全 て の圧 密 過 程 の 非 排 水 強 度 が 換算 圧 密 応 力 を 用 い る こと に よ り合 理 的 に評 価 で き る こ とが示 さ れ た. (2)計 算 結 果 と試 験 結 果 の 比 較 瓦 圧 密 ・平 面 ひず み 三軸 圧縮 試験(瓦PUC)を 含 む 既 往 の室 内 土 質 試 験 の 結 果5)10)∼12)26)27)と式(16)によ る計算 結 果, ま た, 盛 土 基 礎 モ デル 地盤 の コ ー ン貫 入 試 験 の結 果 と式(17)に よ る計 算結 果 を 直接 比 較 す る こ と に よ り評価 法 の適 合 性 の 検 証 を行 う. a)練 返 し粘 土 に対 す る適 合性 Fig. 12は 練 返 し粘 土 に対 す る評 価 法 の 適 合 性 を示 し た もの で あ る. 一 連 の 試験 に お け る一 次 圧 密 過 程 と二 次 圧 密 過 程 の状 態 の違 い を そ れ ぞ れ 図中 の 白抜 き お よび黒 塗 りの記 号 で 区 別 して示 した. 適 合 性 の 低 い結 果 も幾 ら か 見 られ るが, 基 準 圧 密 時 間 の設 定 や 圧縮 指数 を推 定 し て い る こ と を考慮 す れ ば評 価 法 の 適 合性 の結 果 は一 次 圧 密 か ら二 次圧 密 ま で概 ね良 好 で あ る と考 え る. b)不 撹乱 粘 土 に対 す る適 合 性 Fig. 13は 不 撹 乱 粘 土 に 対 す る評 価 法 の 適 合 性 を 示 し た もの で あ る. 粘 土 粒 子 の 骨組 構 造 が発 達 した不 撹 乱鋭 敏 粘 土 に お い て は, 三 笠6)や高山10)が指摘するように, 非排 水 強 度 は骨 格 構 造 の 影響 を無 視 し得 ない. 不 撹 乱 鋭

Fig. 9 Relation between degree of consolidation in terms of effective stress and coefficient of consolidation process

Fig. 10 Relation between degree of consolidation in terms of vertical strain and coefficient of consolidation process

Fig. 11 Relation between increase in undrained shear strength and coefficient of consolidation process

土 木 学 会 論 文 集No. 505/III-29, pp. 307∼317, 1994. 12 敏 粘 土 の圧 密 過 程 に お いて は圧 密 応 力 に よ る初期 の 骨格 構造 の破 壊 と密 度 増 加 お よび 骨格 構 造 の再 構 成 が 生 じる と考 え られ る. 提 案 した評 価 法 は 骨格 構 造 の 影 響 を考 慮 して い な いがFig. l3に 示 した適 合 性 の 結 果 は比 較 的 良 好 の よ うで あ る. た だ し, 4. (2)で 述 べ た よ うに, 対 象 とす る応 力 範 囲(ρ0→ρ)に お け る圧 密 応 力 の 増分(jρ) に対 す る 非排 水 強 度 の 増 加(jo)の 割 合(jc/jρ)を 強 度 増 加 率((cη/ρ)KJH)と し て用 い て い る. ま た, 圧 縮 指 数 は それ ぞれ 一 定 値 を用 い て い るが, 不 撹 乱 鋭 敏 粘 土 の 圧 縮 指 数 は応 力 範 囲 に よ り異 な る こ とが知 られ て い る. したが って, 応 力 範 囲 に応 じた強 度 増 加率 と圧 縮 指 数 を用 い る こ とが 重 要 で あ る と考 え られ る. c)モ デ ル 地 盤 の コ ー ン貫 入 抵 抗 に対 す る適 合 性 Fig. 14は モ デ ル地 盤 の深 度 ご との 含 水 比(η)と 貫 入 抵 抗(g)の 関係 を示 した も ので あ る. 盛 土 基 礎 地 盤 は 圧 密 変 形 と と もに せ ん断 変 形 が 生 じ るの で地 盤 の 強度 増 加 は よ り複雑 で あ る. デ ー タ は少 し ば らつ い て い る が含 水 比 と貫 入 抵抗 と の間 に は, 圧 密 時 間 の異 な る土 質 試 験 で 得 ら れ た 含 水 比 と非 排 水 強 度 の 関 係 と同 様 に, ω∼ loggの 直 線 関 係 が 概 ね 成 り立 つ よ うで あ る. ま た, 実 線 で 示 した 計 算 結 果(式(17))と 実 測 値 の 適 合 性 も概 ね 良好 の よ うで あ る. 6-ま と め 変形 の ひ ず み速 度 依 存性 を考 慮 した一 次 元 圧 密 理 論 と 圧 密過 程 に お け る間 隙 比(含 水 比)の 減 少 量 と非 排 水 強 度 の増 加 量 の一 義 性 の経 験 則 を結 び付 け る こ と に よ り, 一 次圧 密 か ら二 次 圧 密 ま で の全 て の圧 密 過 程 にお ける 飽 和 粘 土 の非 排 水 強 度 を評価 す る手 法 を提 案 し た. 計 算 結 果 と既 往 の試 験 結 果 を含 む各 種 の 試 験 結 果 を比 較 す る こ と に よ り評 価 法 の検 証 を行 っ だ. 主 な結 論 は 以 下 の よ う で あ る. (1)変 形 の ひず み速 度 依 存 性 を考 慮 した一 次 元 圧 密 理 論 と圧 密 過 程 の強 度 増 加 特 性 を結 び 付 ける た め に は強 度 増 加 に影 響 を及 ぼす圧 密 応 力 を新 た に評 価 す る こ とが 重 要 で あ る. (2)新 た な圧 密応 力パ ラ メ ー タ と して"換 算 圧 密 応 力(ρ*: conversion stress)"を 定 義 した. 換 算 圧 密 応 力 は, 圧 密 過 程 にお け る 間隙 比 の 減 少 量 の み で算 定 さ れ る も ので あ り, 間 隙水 圧 の有 無 に無 関係 に全 て の圧 密 過 程 に お いて 定 義 され る. (3)圧 密 過程 を評 価 す るた め の新 た なパ ラ メ ー タ と して"圧 密 進 行 係 数(C: coefficient of consolidation Fig. 12 Comparison of measured and calculated values of

undrained shear strength during consolidation (Remolded sample)

Fig. 13 Comparison of measured and calculated values of

undrained shear strength during consolidation

turbed sample)

Fig. 14 Comparison of measured and calculated values on water content vs cone index relation

圧密過程における粘土 の非排水強度 の評価法/梅 崎 ・落合 process)"を 定 義 した 圧 密 進 行 係 数 は, 従 来 の圧 密度 に代 わ る も の で あ り, 換 算 圧 密 応 力 に基 づ い て算 定 され る の で二 次 圧 密 を含 む 全 て の 圧 密 過 程 にお け る圧 密 進 行 の程 度 を表 す こ とが で き る. (4)換 算 圧 密 応 力 は一 次 圧 密 過 程 にお い て実 際 の有 効 応 力 よ りも遅 れ て 進 行 す る. 練 返 し粘 土 の 非排 水 強 度 は, 有 効 応 力 に比 例 す るの で は な く, 換 算 圧 密応 力 と比 例 関係 に あ る こ と を示 し た. す なわ ち, 換 算圧 密 応 力 を 用 い る こ と に よ り強 度 増 加 率 を間 隙 水 圧 の 有無 に無 関係 に全 て の圧 密 過 程 を通 して 一 定 と して 取 り扱 う こと が で き る. (5)圧 密 進 行 係 数 は応 力 お よび ひず み に 関 す る圧 密 度 の い ず れ よ りも遅 れ て 進 行 す る. 練 返 し粘 土 の非 排 水 強度 の増 加 量 は, 圧 密 度 に比 例 す るの で はな く, 圧 密 進 行 係 数 と比 例 関 係 に あ る こ と を示 した. (6)以 上 の考 察 に よ り, 二 次 圧 密 を含 む全 て の圧 密 過 程 に お け る飽 和 粘 土 の 非 排 水 強 度 の 評価 式 を圧 密 進 行 係 数 と強 度 増 加 率 を用 いて 誘 導 した. 換 算 圧 密 応 力 に基 づ い て誘 導 さ れ た評 価 式 は, 圧 縮 指 数 お よび基 準 時 間 に お け る間 隙 比 と強 度 増 加 率 を計 算 定 数 と して, 間 隙比 の 減 少 量 の み の関 数 と して 表 され る. (7)練 返 し粘 土 に対 す る本 評 価 法 の適 合 性 は, 室 内 土質 試 験(三 軸 試 験 お よ び一 面 せ ん 断 試験)に お い て概 ね 良好 で あ っ た. ま た, 軟 弱 粘 土 地 盤 上 の築 堤 実 験 に お ける盛 土 基 礎 モ デ ル地 盤 の コ ー ン貫 入 試験 に対 して も合 理 的 な結 果 が得 られ た. (8)さ らに, 不 撹 乱 粘 土 に対 す る適 合 性 を室 内土 質 試験 に お い て検 討 した. その 結 果 も比較 的 良好 で あ っ た. この場 合, 対 象 とす る応 力 範 囲 に応 じた強 度 増 加 率 と圧 縮 指 数 を用 い る こ と が重 要 で あ る と考 え られ る. 提 案 した評 価 法 は評 価 パ ラ メ ー タの 決定 が容 易 で あ り 計算 定 数 も 明確 で あ る. 今 後, 鋭 敏 な不 撹 乱 粘 土 に対 す る適 応 限界 を 明 らか にす る と と も に, 圧 密 解 析 と組 み合 わ せ る こと で実 務 設 計 へ の適 用 につ い て も検 討 した い. 謝 辞: 本 研 究 を遂 行 す る に あ た り佐 賀 大 学 低 平 地 防 災 研 究 セ ン タ ー 林 重 徳 教 授 に有 益 な ご助 言 を頂 い た. 実 験 お よ び結 果 の整 理 は九 州 大 学 大 学 院 古 川 幸 則 氏(現 (株)間 組)お よ び藤 井 郁 男 氏(現 新 日本 製 鐵(株)) に ご助 力 頂 い た. ま た, 研 究 の 一 部 は 昭和63年 度 お よ び 平 成 元 年 度 文 部 省 科 学 研 究 費 補 助 金(試 験 研 究(2) 課 題 番 号63850115, 代 表 者 落 合英 俊)の 交 付 を受 けた. 付 記 して, 感 謝 の 意 を表 します. 参 考 文 献

1) Takeo Umezaki, Hidetoshi Ochiai and Shigenori Hayashi: Undrained shear strength of clay during consolidation, 11th Southeast Asian Geotechnical Conference, pp.

274, 1993.

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15) Schofield, A. N. and Wroth, C. P.: Critical state soil mechanics, McGraw-Hill, London, 1968.

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30)星 埜 訳: Terzaghi and Peck新 版 土 質 力学 基礎 編, 丸善. 31)特 殊圧 密 試験 方 法 に 関 す る研 究 委 員 会: 委 員 会 報 告(2), 特 殊 圧 密 試験 に 関 す る シ ンポ ジ ウム 発 表 論 文 集, 土 質 工 学 会, PP. 27∼84, 1988.

(1994.6.1受 付)

AN EVALUATION

METHOD

OF UNDRAINED

SHEAR

STRENGTH

OF CLAY

DURING

CONSOLIDATION

Takeo UMEZAKI

and Hidetoshi

OCHIAI

A method for evaluating the undrained shear strength of clay during the processes both primary and secondary compressions is proposed from a consideration of one-dimensional consolidation models with creep. A new stress parameter is defined to evaluate the stress change during all processes of consolidation, which is called "conversion stress". An equation for estimating the increase in the strength during consolidation is formulated based on the conversion stress. The validity of the proposed method is investigated from direct comparison of the calculated results with the experi mental ones. The calculated values are in satisfactory agreement with the experimental ones, which is obtained by some kinds of test with remolded and undisturbed clays.