動的平板載荷試験による「土のう」の変形係数の測定法
名古屋工業大学 正会員 ○松岡 元
名古屋工業大学 劉 斯宏・豊 土根・浅野 頼子
「土のう」を本設資材として使用するには品質管理（性能表示）を必要とする。そこで、現場で短時間で試験可能な動的 平板載荷試験（小型FWD―Falling Weight Deflectometer―試験）による「土のう」の品質管理法を提案した1）。提案し た品質管理法では、動的平板載荷試験による変形係数Edを「土のう」の材料定数とする。本報告では、変形係数Edの測 定法を述べるとともに、変形係数Edを求めるための「土のう」自体の変形量の予測法を提案する。
1. 動的平板載荷試験（小型FWD試験）による「土のう」の変形係数の測定法
試験に使用した動的平板載荷試験機（小型FWD試験機）を図-1に示す。重錘の重さは30kgfであり、載荷板の直径は 30cmである。試験では重錘を50cm、75cm、100cmの3通りの高さから5回以上落下させて、荷重と変位を計測した。図 -2はある山砂（最大粒径8mm、最小粒径0.74mm）を中 詰 め 材 料 と し た「 土 の う 」を 固 い コ ン ク リ ー ト 床 上 に 積 み 上 げ て 行 っ た 動 的 平 板 載 荷 試 験 結 果 を 示 し た も の で あ る 。図-2(a)に 示 す 荷 重 強 さ 〜 変 位 関 係 の 直 線 部 分 の 傾 き を 地 盤 反 力 係 数 Ｋ と い い 、 道 路 関 係 で は よ く 用 い ら れ て い る 地 盤 の 変 形 の し や す さ を 表 す パ ラ メ ー タ ー で あ る 。 図-2(a)よ り 、「 土 の う 」 の 荷 重 強 さ 〜 変 位 関 係 は ほ ぼ 線 形 性 を 示 す の が 見 ら れ る が 、 同 じ 中 詰 め 材 料 で 同 じ 締 固 め 状 態 で あ る に も 拘 わ ら ず 、「 土 の う 」1段 、2段 、3段 で 地 盤 反 力 係 数 Ｋ は 一 定 の 値 を 示 さ な い 。し か し 、図-2(b)に 示 す よ う に 荷 重 強 さ 〜 ひ ず み 関 係 の 整 理 を 行 う と 、ほ ぼ 一 本 の 線 に の る こ と が わ か っ た 。 こ の 直 線 の 傾 き （ 変 形 係 数 Ｅdと 呼 ぶ ） は 、「 土 の う 」 の 中 詰 め 材 や 締 固 め の 程 度 に よ っ て 決 ま る 値 で あ る の で 、 こ の Ｅdの値に よ っ て 「 土 の う 」 の 性 能 評 価 を す る も の と す る 。
2. 「土のう」自体の変形量の予測法
実際の現場では地盤上に「土のう」を積み、その上から転圧して動的平板載荷試験を行うことが多い。動的平板載荷試験 を行う際に、「土のう」の下の地盤も沈下するので、測定した変形量は地盤の沈下量も含めたものである。変 形 係 数 Ｅdを 算出するためには、「土のう」自体の変形量を知る必要がある。そこで、図-3に示す考え方に基づいた「土のう」自体の変 形量の予測法を提案する。すなわち、「土のう」自体の変形量 S＝測定した変形量 S1−地盤の沈下量 S0’。 地盤の沈下量 S0’は「土のう」を置く前の地盤上に直接動的平板載荷試験機を置いて測定した地盤の沈下量S0から「土のう」と平板の面 積比や剛性の違いなどを考慮して算出した。動的平板載荷試験機（小型ＦＷＤ試験機）が「土のう」や地盤と接している面 の面積は約0.07m2（直径30cm）で、「土のう」が地盤と接している面積は約0.16m2（40cm×40cmの正方形）と、2倍 以上の差がある。また、地盤上で動的平板載荷試験を行う場合は当然ながら地盤と接するのは剛体である鉄製の円板である
重錘落下高 50cm 75cm 100cm 載荷板
(直径30cm)
重錘30kg
図-1 動 的 平 板 載 荷 試 験 機
(小型 FWD試験機)
(a) 荷 重 強 さ 〜 変 位 関 係
(b) 荷 重 強 さ 〜 ひ ず み 関 係
図 ‑2 山 砂 を 中 詰 め 材 料 と す る「 土 の う 」の 動 的 平 板 載 荷 試 験 結 果
0 50 100 150 200 250 300
0.0 0.5 1.0 1.5
ひずみ（％）
荷重強さ(kＮ／ｍ２ ）
1段 2段 3段 1
E 0
50 100 150 200 250 300
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
変位（ｍｍ）
荷重強さ(kＮ／ｍ２ ）
1段 2段 3段
キ−ワ−ド：動 的 平 板 載 荷 試 験 、土のう、変形係数
〒466-8555 名古屋市昭和区御器所町 TEL 052-735-5483, FAX 052-735-5483 土木学会第59回年次学術講演会（平成16年9月）
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が、地盤の上に「土のう」を置いてその上で動的平板載荷試験を行う場合には、地盤と接しているのは柔な「土のう」であ る。この2つのことを考慮して、式（１）のような弾性地盤の地表面沈下量Szの算定式による「土のう」を介する場合の 地盤の沈下量S0’と地盤上に直接動的平板載荷試験機を置いた場合の地盤の沈下量 S0の比は式（２）で概算することがで きる。
ρ
ν I pB E
S
z= 1 −
2×
(1)
ここに、pとBは等分布荷重と載荷幅のような載荷長さを表す代表値である。Eとνはヤング率とポソン比で、Iρは等分 布荷重による沈下に対する影響値である。
0 2 0
2
0
0 0.7, ' 0.7
79 . 1 0
3 . 07 0 . 0
95 . 1 0
4 . 16 0 . ' 0
S S
E P
E P
S
S ≅ ≅
− ×
×
×
− ×
×
= × したがって、
ν ν
図‑４(a)、(b)は川砂と鉄 鋼 ス ラ グ HMS-25（最 大 粒 径 25mm、平 均 粒 径 10mm）を 中 詰 め 材 料 と し た「 土 の う 」 自 体 の 変 形 量 の 予 測 値（ 図 ‑3 の 方 法 に よ る ）と 固 い コ ン ク リ ー ト 床 上 に「 土 の う 」を 置 い た 場 合 の 実 測 値 の 比 較 を 示 し た も の で あ る 。 こ れ ら の 図 よ り 、 2 種 類 の 中 詰 め 材 料 に 対 し て 「 土 の う 」 自 体 の 変 形 量 の 予 測 値 と 実 測 値 が ほ ぼ 一 致 す る の が 見 ら れ る 。 よ っ て 、 提 案 し た 「 土 の う 」 自 体 の 変 形 量 の 予 測 法 は ほ ぼ 妥 当 と 考 え ら れ る 。 な お 、 「 土 の う 」 自 体 の 変 形 係 数 Ｅd を 測 定 す る に は 、 で き れ ば コ ン ク リ ー ト 床 の よ う な 固 い 床 の 上 に 「 土 の う 」 を 置 い て 、 重 錘 の 高 さ を 変 え た 動的平板載荷試験を行うのが望ましい。
図‑3 動的平板載荷試験による「 土 の う 」 自 体 の 変 形 量 の 予 測 法 の 概 念 図
図‑４ 動的平板載荷試験による「 土 の う 」 の 変 形 量 の 予 測 法 の 検 証
謝辞：本研究に使用した小型 FWD 試験機を貸与して下さった㈱東京測器研究所、試験に協力して下さった新日鉄㈱と大有建 設㈱に感謝の意を表します。
参考文献： 1)松岡 元・劉 斯宏・浅野 頼子・豊土根：「土のう」の変形係数の現場測定法と品質管理、第 39 回地盤工学研 究発表会、発表予定、2004.7.
「土のう」自体の変形量S=測定した変形量S1−地盤の沈下量S0’ S0’=0.7・S0、（0.7は面積比や剛性の違いなどによる修正係数である）
1 2 3
1 2 3
0
「土のう」自体の変形量の予測値 (mm)
コンクリート面上に置かれた
「土のう」自体の変形量の実測値(mm) (a) 川砂
１段 ２段 ３段
（図-3による）
コンクリート面上に置かれた
「土のう」自体の変形量の実測値 (mm)
0.5 1 1.5
0.5 1 1.5
0
「土のう」自体の変形量の予測値 (mm)
(b) 鉄鋼スラグ (HMS-25)
１段 ２段 ３段
（図-3による）
(2) 土木学会第59回年次学術講演会（平成16年9月）
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