(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予めサウンディング試験による地盤の非排水強度と有効上載圧の関係を示す正規圧密直線と過圧密直線あるいは過圧密曲線を求め、
一方、原位置試験であるサウンディングによる試験結果を用いて、地盤の非排水強度を算定し、
前記算定された非排水強度と有効上載圧のプロット点が前記正規圧密直線の上側、線上、下側にあるかに応じて、それぞれ過圧密、正規圧密、圧密未了に区分し、その値を用いて地盤の圧密状態（正規圧密，過圧密〜正規圧密，圧密未了，及び過圧密に区分されうる状態）を判定し、
前記正規圧密の場合には、前記非排水強度と前記有効上載圧との関係において、その有効上載圧を、圧密降伏応力に等しいとし、
前記過圧密〜正規圧密の場合には、前記非排水強度と前記有効上載圧との関係を示す当該点から前記過圧密直線あるいは前記過圧密曲線を伸長してゆき、前記正規圧密直線の交点となる有効上載圧を圧密降伏応力とし、
前記圧密未了の場合、前記非排水強度の値を、前記正規圧密直線の上で有するときの有効上載圧について、そのときの値を圧密降伏応力とし、
前記過圧密の場合、前記非排水強度と前記有効上載圧との関係を示す当該点から前記過圧密直線あるいは前記過圧密曲線を伸長してゆき、前記正規圧密直線の交点となる有効上載圧を圧密降伏応力とすること、
を特徴とするサウンディング試験を用いた地盤の圧密降伏応力解析法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地盤のサウンディング試験を用いた地盤の圧密降伏応力解析法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
砂質土や粘性土などから構成される地盤に基礎を構築する場合、地盤の許容支持力を求めておく必要がある。地盤の許容支持力に関して、１層地盤、並びに下部粘土層の影響を受けた場合の２層地盤については、実務に適用し易い形を有する理論式が提案されている。
また、地盤の変形については、特に粘性土の圧密沈下の算定においては、変形量が一般的に顕著であり、その特徴を表現しうる理論式が提案されている。
次に、地盤の許容支持力が算定され、これに対する圧密沈下量を計算する場合、先に圧密試験結果を用いて圧密降伏応力を決定しなければ、正確な圧密沈下量は推定し得ない。この場合、圧密沈下量が許容圧密沈下量以下であるならば、許容支持力を許容地耐力として採用できることになる。
しかし、サウンディングによる地盤の深さ方向における試験結果から、原地盤における土の強度の深さ分布は直接推定できるが、土の変形特性を直接求めることは困難であると考えられている。また、土の変形において大きな影響を及ぼす圧密降伏応力を、サウンディングによる試験結果から直接推定することはこれまで行われてきていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
地盤の変形解析においては、既知量として粘性土の圧密降伏応力の値を事前に求めておく必要がある。このために、一般には土の圧密試験を行うことによって、圧密降伏応力を決定する必要がある。
【０００４】
しかしながら、土の圧密試験を実施することは、利便性および経済性を考慮すれば、実用性のある方法とは言い難く、より簡略な方法によって圧密降伏応力を算定することが要望されてきている。一方、従来のサウンディングによる試験結果の利用においては、圧密降伏応力の推定を行うための方法・手順の研究は、十分には進められていないのが現状である。
【０００５】
以上のような課題を解決するため、本発明においては、第一に、圧密試験を実施する代わりに、サウンディングによる試験結果を用いて圧密降伏応力を推定する方法を提案する。ここで、圧密降伏応力が求められれば、圧密変形量は，既存の算定式を利用して決定されうる。
第二に、種々の土質層から構成される地盤において、基礎底面下部の多層及び地下水面の上下層の影響を受けた場合の地盤の許容支持力を提案する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は下記の請求項１及び請求項２により構成されている。
請求項１：予めサウンディング試験による地盤の非排水強度と有効上載圧の関係を示す正規圧密直線と過圧密直線あるいは過圧密曲線を求め、
一方、原位置試験であるサウンディングによる試験結果を用いて、地盤の非排水強度を算定し、
前記算定された非排水強度と有効上載圧のプロット点が前記正規圧密直線の上側、線上、下側にあるかに応じて、それぞれ過圧密、正規圧密、圧密未了に区分し、その値を用いて地盤の圧密状態（正規圧密，過圧密〜正規圧密，圧密未了，及び過圧密に区分されうる状態）を判定し、
前記正規圧密の場合には、前記非排水強度と前記有効上載圧との関係において、その有効上載圧を、圧密降伏応力に等しいとし、
前記過圧密〜正規圧密の場合には、前記非排水強度と前記有効上載圧との関係を示す当該点から前記過圧密直線あるいは前記過圧密曲線を伸長してゆき、前記正規圧密直線の交点となる有効上載圧を圧密降伏応力とし、
前記圧密未了の場合、前記非排水強度の値を、前記正規圧密直線の上で有するときの有効上載圧について、そのときの値を圧密降伏応力とし、
前記過圧密の場合、前記非排水強度と前記有効上載圧との関係を示す当該点から前記過圧密直線あるいは前記過圧密曲線を伸長してゆき、前記正規圧密直線の交点となる有効上載圧を圧密降伏応力とすること、
を特徴とするサウンディング試験を用いた地盤の圧密降伏応力解析法。
【０００７】
請求項１における圧密降伏応力の算出方法の特徴は、粘性土の４つの圧密状態、すなわち正規圧密、過圧密〜正規圧密、圧密未了、及び過圧密について、非排水強度と有効上載圧との関係を示す２つの状態式、すなわち正規圧密式及び過圧密式を用いることによって、圧密降伏応力を理論的に決定することである。
この際、サウンディングによる試験結果によって、地盤を構成する土質各層の有効上載圧と非排水強度に関する情報が、直接的あるいは間接的に得られている必要がある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面に基いて、この発明であるサウンディング試験を用いた地盤の許容地耐力解析法について、実施の形態につき、詳細に説明する。
【０００９】
図１は地盤を構成する土質層の第１層から第ｎ層までが、それぞれ厚さ４を有し、地下水面２は地表面１からの深さ３にあり、このような多層地盤において底面の幅５、深さ６の直接基礎に荷重７が作用している状態を示す。
【００１０】
いま、図１に示されるように、地盤の層数と層厚４、砂質土と粘性土の区分並びに地表面１から地下水面２までの深さ３については、地盤の深さ方向に行われるサウンディング試験によって調査できる。
【００１１】
基礎については、地表面１から基礎底面までの深さ６、基礎底面の最小値５、及び形状・寸法が与えられるものとする。
【００１２】
砂質土の単位体積重量、並びに粘性土の単位体積重量、自然含水比、液性限界、正規圧密係数（非排水強度と有効上載圧の関係を表す正規圧密直線の勾配）、過圧密係数（非排水強度と有効上載圧の関係を表す過圧密直線の勾配）及び過圧密曲線については、サウンディングによる試験結果からは直接求められないので、既往の土質データから適切な数値を推定し、既知量とする。
【００１３】
サウンディング試験（標準貫入試験あるいはスウェーデン式サウンディング試験等）によって、各層の土質区分（砂質土と粘性土）とＮ値（ただし、スウェーデン式サウンディング試験においては、静的貫入抵抗ＷｓｗとＮｓｗが分かれば、Ｎ値は間接的に既往の関係式を用いて推定できる）が与えられる。
【００１４】
地盤内の砂質土については、試験で得られたＮ値を、既往の内部摩擦角の推定式に代入すると、砂質土に関する内部摩擦角の値が得られる。
【００１５】
地盤内の粘性土に関して、Ｎ値と非排水強度の関係は、既往の実験式により与えられるので、サウンディングによる試験結果から得られたＮ値を用いて、粘性土の非排水強度は推定できうる。
【００１６】
図２の（イ）、（ロ）は、地盤が正規圧密状態にある場合について、それぞれ間隙比と有効上載圧の関係及び非排水強度と有効上載圧の関係を示す。
図３の（イ）、（ロ）は、地盤が過圧密〜正規圧密状態にある場合について、それぞれ間隙比と有効上載圧の関係及び非排水強度と有効上載圧の関係を示す。  図４の（イ）、（ロ）は、地盤が圧密未了状態にある場合について、それぞれ間隙比と有効上載圧の関係及び非排水強度と有効上載圧の関係を示す。
図５の（イ）、（ロ）は、地盤が過圧密状態にある場合について、それぞれ間隙比と有効上載圧の関係及び非排水強度と有効上載圧の関係を示す。
図２〜５の（ロ）について、非排水強度と有効上載圧の関係を示す正規圧密直線１０と過圧密直線あるいは過圧密曲線１１は、予めサウンディングによる試験結果から間接的に求められているものとする。
図６は図３（ロ）に示す過圧密〜正規圧密の状態における非排水強度と有効上載圧の関係の詳細を示す。ここに、１６は正規圧密係数で正規圧密直線１０の勾配を表し、１７は過圧密係数で過圧密直線１８の勾配を表し、１９は過圧密曲線を示す。図６における勾配１６と１７および過圧密曲線１９は、予めサウンディングによる試験結果から間接的に求められているものとする。
【００１７】
いま、粘性土についてサウンディングによる試験結果から原地盤の非排水強度が推定されたものとし、図２〜５の（ロ）において、サウンディングによる試験結果による非排水強度１５と建設前の有効上載圧１３は一意的にプロットされる。建設前の地盤の圧密状態は、このプロット点が正規圧密直線１０の上側、線上、下側にあるかに応じて、それぞれ過圧密、正規圧密、圧密未了に区分される。
【００１８】
まず、図３（ロ）に示す過圧密〜正規圧密の場合を検討する。図６において、非排水強度１５と建設前の有効上載圧１３との関係を示す当該点から過圧密直線あるいは過圧密曲線１１を伸長してゆき、正規圧密直線１０の交点となる有効上載圧を圧密降伏応力１２とする。
地盤の許容支持力あるいは直接基礎に加わる荷重が指定されると、地中応力の増加分は計算できるので、建設前の有効上載圧１３に増加分を加えることによって建設後の有効上載圧１４は求められる。
次に図２（ロ）に示す正規圧密の場合、非排水強度１５と建設前の有効上載圧１３との関係において、その有効上載圧１３を、圧密降伏応力１２に等しいとする。
さらに図４（ロ）に示す圧密未了の場合、建設前の有効上載圧１３においてサウンディングによる試験結果から得られた原地盤の非排水強度１５の値を、正規圧密直線１０の上で有するときの有効上載圧について、そのときの値を圧密降伏応力１２とする。この場合、建設前の有効上載圧１３に地中応力の増加分を加えると建設後の有効上載圧１４になる。
一方図５（ロ）に示す過圧密の場合、非排水強度１５と建設前の有効上載圧１３との関係を示す当該点から過圧密直線あるいは過圧密曲線１１を伸長してゆき、勾配１６の正規圧密直線１０の交点となる有効上載圧を圧密降伏応力１２とする。この場合は、建設後の有効上載圧１４が圧密降伏応力１２より小さいため、圧密沈下は膨張指数に関与した比較的小さな値となる。
【００１９】
さて、次に図１を参照して、多層地盤の許容支持力の推定について説明する。多層の土質から構成される地盤の許容支持力の算定式に関して、基礎底面下において土質性状が異なる層が存在する場合、一様な地盤とは違った支持力特性が生じうる。このような支持力問題に対して、地盤内の応力は水平方向に対する垂直方向の比が２となるような勾配で伝播するものとした従来の簡略法を適用する。
【００２０】
また、地下水面２の存在によって、地下水面２の上下の地盤について、その有効上載圧の特性は、地下水面を境界として異なるため、この地下水面の上下の層も土質性状の異なる層として考慮するものとする。
【００２１】
それゆえ、多層の土質から構成される地盤について、基礎底面の下部にある土質層の影響を考慮するとともに、有効応力の特性が変化する地下水面の上下層の影響を組み入れた許容支持力を算定するものとする。
【００２２】
次に、圧密沈下量の算定に関して説明する。ここでは、粘性土の圧縮指数と間隙比は、粘性土の各層において予め既往のデータ等により適切に推定されうるものとし、圧縮指数については液性限界を用いて、また間隙比については自然含水比、土粒子の比重、土及び水の単位体積重量によって表されるものとする。
【００２３】
さらに、圧密沈下量を推定するための応力として、圧密降伏応力と建設後の有効上載圧が必要となる。まず、圧密降伏応力１２に関しては、図２〜６に示されたように、サウンディングによる試験結果を用いた、先に述べた方法により得られる。また、建設後の有効上載圧１４についても、図２〜６において表されたように、地盤の許容支持力あるいは直接基礎に加わる荷重の大きさが分かれば、地中応力の増加分は計算できるので、建設前の有効上載圧１３に加えることによって建設後の有効上載圧１４が求められる。
【００２４】
このように、地盤の許容支持力を外力として考え、圧密沈下量を算定し、許容圧密沈下量以下の変形を発生させるような許容支持力を許容地耐力として採用する。もしも、最初に求められた許容支持力が、許容圧密沈下量を超える変形を生じさせうる場合は、許容支持力を低減させた値を外力として採用し、圧密沈下量を計算して、この値が許容圧密沈下量以下になるまで、繰り返し計算を行い、最終的に適合する許容支持力が得られるので、この許容支持力の値を許容地耐力とする。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、地盤のサウンディングによる試験結果による土質情報を利用して、多層地盤及び地下水面の上下層を考慮した許容支持力の算定が可能となる。
また、地盤の圧密降伏応力は、一般に土の圧密試験から求められうるが、本発明によれば、サウンディングによる試験結果から推定される非排水強度および有効上載圧の関係を用いて、地盤の圧密状態を判定し、圧密降伏応力の推定を容易に行うことができるため、圧密試験に取って代わる簡便な推定方法と考えられる。
さらに、地盤の許容支持力とそれに伴う粘性土の圧密沈下量も推定できうるため、許容圧密沈下量との比較検討が可能となり、最終目標である地盤の許容地耐力の算定を、迅速にかつ理路整然と行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多層地盤上における直接基礎を示す図面である。
【図２】（イ）は地盤が正規圧密状態にある場合について、間隙比と有効上載圧の関係及び（ロ）は非排水強度と有効上載圧の関係を示す。
【図３】（イ）は地盤が過圧密〜正規圧密状態にある場合について、間隙比と有効上載圧の関係及び（ロ）は非排水強度と有効上載圧の関係を示す。
【図４】（イ）は地盤が圧密未了状態にある場合について、間隙比と有効上載圧の関係及び（ロ）は非排水強度と有効上載圧の関係を示す。
【図５】（イ）は地盤が過圧密状態にある場合について、間隙比と有効上載圧の関係及び（ロ）は非排水強度と有効上載圧の関係を示す。
【図６】図３（ロ）に提示された過圧密〜正規圧密の状態における非排水強度と有効上載圧の関係の詳細を示す。
【符号の説明】
１  地表面
２  地下水面
３  地表面から地下水面までの深さ
４  第ｉ層の厚さ
５  基礎底面の最小幅
６  地表面から基礎底面までの深さ
７  荷重
８  正規圧密状態
９  過圧密状態
１０  正規圧密直線
１１  過圧密直線あるいは過圧密曲線
１２  圧密降伏応力
１３  建設前の有効上載圧
１４  建設後の有効上載圧
１５  非排水強度
１６  正規圧密直線の勾配（正規圧密係数）
１７  過圧密直線の勾配（過圧密係数）
１８  過圧密直線
１９  過圧密曲線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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