(57)【要約】【課題】回転貫入試験による測定値から動的せん断強度比を推定し、ＦＬ法により液状化の危険度を判定する方法の提供。【解決手段】動的せん断強度比Ｒと地震時せん断応力比Ｌの比に基づいて液状化を判定する方法において、動的せん断強度比Ｒの算出方法として、スクリューポイント４ｂを有する貫入ロッド４に負荷する荷重Ｗを段階的に変化させながら貫入ロッド４を回転貫入する貫入試験により、回転トルクＴ、貫入量Ｓｔを測定しこれら測定値に基づいて、土の硬軟を示す指標Ｃｐと、エネルギδＥと、回転トルクＴの増加量に対する荷重Ｗの増加量の比率δＴ／δＷＤと、回転トルクＴの増加量に対する貫入量Ｓｔの増加量の比率δＴ／δＳｔを試験パラメータとして定義してこれら試験パラメータのうち少なくとも一つを説明変数とし、目的変数を前記動的せん断強度比Ｒとして重回帰分析を実行することにより求めた回帰式により動的せん断強度比Ｒを推定して求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤の強さを示す指標である動的せん断強度比Ｒと、地盤に液状化を発生させる側の強さを示す指標である地震時せん断応力比Ｌとの比Ｒ／Ｌから、液状化に対する地盤の抵抗率ＦＬを求め、このＦＬ値に基づいて液状化の危険度を判定する液状化判定方法において、
前記動的せん断強度比Ｒの算出方法として、
先端に貫入体を有する貫入ロッドに負荷する荷重Ｗを段階的に変化させながら貫入ロッドを地中に回転貫入する貫入試験により、貫入ロッドの回転トルクＴ、貫入量Ｓｔを測定しこれら測定値に基づいて、
土の硬軟を示す指標として次式で求められるＣｐと、
Ｃｐ＝（Ｄ・ｎｈｔ／δＳｔ）／（πＴ／ＷＤ）
ただし、ｎｈｔは貫入ロッドの半回転数、Ｄは貫入ロッドの最大直径
貫入ロッドの回転貫入に伴うエネルギとして次式で求められるδＥと、
δＥ＝πＴ・δｎｈｔ＋Ｗ・δＳｔ
回転トルクＴの増加量に対する荷重Ｗの増加量の比率であるδＴ／δＷＤと、
回転トルクＴの増加量に対する貫入量Ｓｔの増加量の比率であるδＴ／δＳｔと、
を試験パラメータとして定義し、これら試験パラメータのうち少なくとも一つを説明変数とし、目的変数を前記動的せん断強度比Ｒとして重回帰分析を実行することにより求めた回帰式により、前記動的せん断強度比Ｒを推定し、当該動的せん断強度比Ｒと前記地震時せん断応力比Ｌとの比Ｒ／Ｌから、地盤の液状化に対する抵抗率ＦＬを求めることを特徴とする液状化判定方法。
【請求項２】
前記動的せん断強度比Ｒは、次の回帰式
Ｒ＝α１＋α２・Ｃｐ＋α３・δＴ／δＳｔ＋α４・δＥ
ただし、α１は誤差項、α２、α３及びα４は偏回帰係数
により求めることを特徴とする請求項１に記載の液状化判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動的せん断強度比と地震時せん断応力比とから求められる液状化抵抗率に基づく地盤の液状化判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から地盤の液状化の危険度を判定する方法としては、非特許文献１に示すＦＬ法が知られている。ＦＬ法とは、検討対象とする地盤の液状化対象層を抽出し、液状化対象層それぞれについて、液状化に対する強度と地震力の強さとを比較し、液状化に対する抵抗率（ＦＬ値）を求める手法である。ＦＬ値（ＦＬ）は、次式で与えられるものであり、ＦＬ値が１．０を下回る層については、液状化するものと見なす。
ＦＬ＝Ｒ／Ｌ
ここで、Ｒは動的せん断強度比（別名、液状化強度比）
Ｌは地震時せん断応力比（別名、繰り返しせん断応力比）
また、上記地震時せん断応力比Ｌは、次式で与えられる。
Ｌ＝ｒｄ・α／ｇ・σν／σ’ν・γｎ
ここで、ｒｄは地震時せん断応力比の深さ方向の低減係数（ｒｄ＝１．０-０．０１５ｘ｛ｘは地表からの深さ（ｍ）｝）  
αは地震面最大加速度（ｇａｌ）
ｇは重力加速度（９８０ｇａｌ）
σνは全上載圧（ｋｇｆ／ｃｍ２）
σ’νは有効上載圧（ｋｇｆ／ｃｍ２）
γｎは等価の繰り返し回数に関する補正係数０．１（Ｍ-１）、（Ｍは地震のマグニチュード）
また、上記動的せん断強度比Ｒは、次式により与えられる。
Ｒ＝ｃｗＲＬ
ここで、ＲＬは繰り返し三軸強度比
ｃｗは地震動特性による補正係数
また、上記繰り返し三軸強度比ＲＬは、対象土からサンプリングしてきた試料を繰り返し三軸試験により算定する。
また、上記地震動特性による補正係数ｃｗは、タイプＡの地震動（大きな振幅が長時間繰り返して作用する地震動であり、プレート境界型の巨大地震による地震動）の場合、ｃｗ＝１．０とする。タイプＢの地震動（内陸直下型地震による地震動）の場合、ｃｗ＝１．０（ＲＬ≦０．１），ｃｗ＝３．３ＲＬ＋０．６７（０．１＜ＲＬ≦０．４），ｃｗ＝２．０（０．４＜ＲＬ）とする。
【０００３】
さらに、前記ＦＬ法による液状化判定は、液状化判定の対象とすべき深度が決められており、予め地下水位測定により、地下水位を測定し、これより地下を液状化判定する。その上、ＦＬ法では、液状化判定の対象とすべき土層も決められており、地下水位以下の深度において、飽和状態にある沖積層の土層や、砂質の土層を対象としている。このため、予め貫入試験より、土質を判別しておく必要がある。
【０００４】
【非特許文献１】道路橋示方書 耐震設計編  社団法人日本港湾協会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記繰り返し三軸強度比ＲＬを算定するための繰り返し三軸試験は、室内試験であり、複雑で多くの手順を要する。このため、動的せん強度比の算出に手間がかかるので、従来のＦＬ法による液状化判定は、実用性に乏しいという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、液状化の検討対象地盤にスクリューポイントを回転貫入する試験により得られた測定値から動的せん断強度比を推定し、ＦＬ法により液状化の危険度を判定する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
地盤の強さを示す指標である動的せん断強度比Ｒと、地盤に液状化を発生させる側の強さを示す指標である地震時せん断応力比Ｌとの比Ｒ／Ｌから、液状化に対する地盤の抵抗率ＦＬを求め、このＦＬ値に基づいて液状化の危険度を判定する液状化判定方法において、
前記動的せん断強度比Ｒの算出方法として、
先端に貫入体を有する貫入ロッドに負荷する荷重Ｗを段階的に変化させながら貫入ロッドを地中に回転貫入する貫入試験により、貫入ロッドの回転トルクＴ、貫入量Ｓｔを測定しこれら測定値に基づいて、
土の硬軟を示す指標として次式で求められるＣｐと、
Ｃｐ＝（Ｄ・ｎｈｔ／δＳｔ）／（πＴ／ＷＤ）
ただし、ｎｈｔは貫入ロッドの半回転数、Ｄは貫入ロッドの最大直径
貫入ロッドの回転貫入に伴うエネルギとして次式で求められるδＥと、
δＥ＝πＴ・δｎｈｔ＋Ｗ・δＳｔ
回転トルクＴの増加量に対する荷重Ｗの増加量の比率であるδＴ／δＷＤと、
回転トルクＴの増加量に対する貫入量Ｓｔの増加量の比率であるδＴ／δＳｔと、
を試験パラメータとして定義し、これら試験パラメータのうち少なくとも一つを説明変数とし、目的変数を前記動的せん断強度比Ｒとして重回帰分析を実行することにより求めた回帰式により、前記動的せん断強度比Ｒを推定し、当該動的せん断強度比Ｒと前記地震時せん断応力比Ｌとの比Ｒ／Ｌから、地盤の液状化に対する抵抗率ＦＬを求めることを特徴とする液状化判定方法による。
【０００８】
また、前記動的せん断強度比Ｒは、次の回帰式
Ｒ＝α１＋α２・Ｃｐ＋α３・δＴ／δＳｔ＋α４・δＥ
ただし、α１は誤差項、α２、α３及びα４は偏回帰係数
により求めることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、動的せん断強度比Ｒは繰り返し三軸試験を行わなくても算出できるので、ＦＬ値に基づく液状化判定が実用的なものとなる。また、本発明において、動的せん断強度比Ｒを算出するための貫入試験は、土質を判別することも可能な試験であるため、液状化判定の対象とすべき土層の判別と平行してＦＬ値も求めることができるので、非常に効率的な液状化判定方法を実現している。
【００１０】
なお、動的せん断強度比Ｒを推定するための回帰式において、最適な説明変数は、土の硬軟を示す指標Ｃｐ、回転トルクＴの増加量に対する貫入量Ｓｔの増加量の比率δＴ／δＳｔ及び貫入ロッドの回転貫入に伴うエネルギとして次式で求められるδＥである。Ｃｐは、貫入しにくい土であるほど高く、貫入しやすい土であるほど低くなり、硬軟を示すという指標特性を有する。δＴ／δＳｔは、粘性土よりも砂質土のほうが大きくなる傾向にあり、土のダイレンタンシを示すという特性を有する。δＥは、地盤の強さを示すという特性を有する。これら説明変数は、固有の特性を有するため、重回帰分析において多重共線性のおそれがないので、偏回帰係数が安定するため、回帰式の信頼性が高まる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（貫入試験機）
まず、詳細を後述する試験パラメータを取得するための自動貫入試験を図１に基づいて説明する。１は、特開２００９−２９９３７０号公報に開示された公知の自動貫入試験であり、立設された支柱２に沿って昇降可能な昇降台３を有する。この昇降台３には、棒状のロッド４ａの先端にスクリューポイント４ｂを連結した先端に連結された貫入ロッド４と、この貫入ロッド４を一体に保持可能なチャックユニット５と、このチャックユニット５を回転駆動するチャック用モータ６と、昇降台を昇降させるための駆動源としての昇降用モータ８とが装備されている。また、チャックユニット５には歪みゲージから成るトルクセンサ（図示せず）が内蔵されており、貫入ロッド４を地中へ貫入するときの負荷トルクを検出できるように構成されている。さらに、制御ユニット１０は、昇降用モータ８の出力トルクを制御することにより、貫入ロッド４に負荷する荷重を変更できるように構成されている。
【００１２】
（貫入試験方法）
続いて、貫入試験の方法を説明する。貫入試験は、上記貫入試験機１を用いて行うものであり、貫入ロッドに延長用ロッド（図示せず）を継ぎ足しながら、深度１０ｍの地点まで行う。また、深度０．２５ｍ刻みで試験区間が設定されており、最初の試験区間（地表から深度０．２５ｍまで）においては、貫入ロッドに負荷する荷重Ｗを段階的（２５０Ｎ，３７５Ｎ，５００Ｎ，６２５Ｎ，７５０Ｎ，８７５Ｎ，１ｋＮの７段階）に変更させながら回転貫入するものである。荷重Ｗの変更は、貫入ロッドが１回転する毎に行われ、最小荷重である２５０Ｎから順に段階的に増やす。最大荷重の１ｋＮを負荷した段階においても貫入量が試験区間である０．２５ｍに到達しない場合は、再度最小荷重２５０Ｎに戻して段階的に増やす。このように７段階を１サイクルとして荷重変更を行うことにより、貫入量が０．２５ｍに到達すると、次の試験区間（深度０．２５から０．５０ｍまで）の試験に移行する。次の試験区間で最初に負荷する荷重Ｗは、最小荷重２５０Ｎであり、同様の手順で荷重を段階的に増やす。このようにして、深度が１０ｍに到達する地点まで貫入試験を続けることにより、合計４０の試験区間の試験データが得られることになる。また、この貫入試験では、貫入ロッドが１回転する毎にその回転トルクＴ（回転トルクＴは、土の抵抗による回転負荷トルクのこと）、貫入量Ｓｔ、並びに貫入ロッドの半回転回数ｎｈｔを測定する。なお、当該貫入試験による測定値は、ロッドの周面摩擦の影響を大きく受けたものであり、スクリューポイントにのみ作用する荷重及び回転トルクを測定できていないので、これら測定値は、ロッドの周面摩擦による影響を除去した補正値とすることが好ましい。補正方法としては、特開２００９−００２７１２号公報に示す公知の方法がある。
【００１３】
（試験パラメータの定義及び土質判定方法）
次に、上記貫入試験方法により所得した荷重Ｗ、回転トルクＴ、貫入量Ｓｔ及び半回転数ｎｈｔに基づき、試験パラメータとして、δＥ，Ｃｐ，δＴ／δＷＤ，δＴ／δＳｔを定義する。これら試験パラメータは、自動貫入試験機の制御ユニットで演算され、詳細を後述する土質判定及び液状化判定が実行される。
【００１４】
前記δＥは、各荷重段階における貫入ロッドの回転貫入に伴うエネルギであり、次式で求められる。
δＥ＝πＴ・δｎｈｔ＋Ｗ・δＳｔ
ただし、δｎｈｔは各荷重下での半回転数の増分、δｓｔは各荷重下での貫入量の増分
エネルギδＥは、荷重Ｗによる貫入エネルギＷ・δＳと回転による貫入エネルギπＴ・δｎｈｔの総和で表され、地盤の強さを示すという特性を有する。このため、図２に示すように試験値Ａでは、エネルギδＥが洪積層では大きくなる。一方、図３に示すように試験値Ｂでは、沖積層では小さく、腐植土層では大きくばらつくことになり、貫入深度に対するエネルギδＥの変化から洪積層、沖積層、腐植土層を判別することが可能である。
【００１５】
洪積層と沖積層あるいは洪積層と腐植土層とを判別するには、前記エネルギδＥによる以外にも、次式により求められる塑性ポテンシャル係数Ｃｐの大きさに依ってもよい。
Ｃｐ＝（Ｄ・δｎｈｔ／δＳｔ）／（πＴ／ＷＤ）
ただし、Ｄは貫入ロッドの最大直径
前記塑性ポテンシャル係数Ｃｐは、貫入しにくい土であるほど高く、貫入しやすい土であるほど低くなり、硬軟を示すという特性を有する。このため、図４及び図５に示すように、洪積層と沖積層あるいは洪積層と腐植土層で塑性ポテンシャル係数Ｃｐの大きさが明確に異なるので、洪積層と沖積層あるいは洪積層と腐植土層を判別することが可能となる。
【００１６】
前記試験パラメータδＴ／δＷＤは、荷重Ｗの変化に対する回転トルクＴの変化の割合を示し（ただし、δＴは回転トルクＴの増分、δＷは荷重Ｗの増分を表す）、さらにスクリューポイントの最大直径Ｄで除して正規化した無次元数である。また、このδＴ／δＷＤは、試験区間毎に算出されるものである。算出方法としては、図６に示す左側のグラフおいて、深度２．２５ｍ〜２．５ｍの試験区間では、３点のプロットがあり、３回転で０．２５ｍ貫入したことを示す。この３点の測定データを、図６に示す右側のグラフのように、当該試験区間における１回転毎の荷重Ｗと回転トルクＴの関係に置き換えることにより、荷重Ｗ（図６中ではロッド周面摩擦の影響を補正した補正荷重と表記してある）と、正規化した回転トルクＴ／Ｄの関係を示す近似線の傾きが得られる。深度２．２５ｍ〜２．５ｍの試験区間では、近似線はｙ＝−０．２ｘ−０．３となり、δＴ／δＷＤ＝−０．２である。このようにして試験パラメータδＴ／δＷＤは、１個の試験区間に対して１つ算出されるものであり、したがって、深度１０ｍまでの貫入試験においては、試験区間が４０区間あるから、試験パラメータδＴ／δＷＤは４０個算出されることになる。試験パラメータδＴ／δＷＤの大きさ（近似線の傾き）に応じて試験区間毎に土質を判定することができ、試験区間が粘性土なら、荷重Ｗの増加に対して回転トルクＴ／Ｄが一定若しくは減少する一方、試験区間が砂質土なら、荷重Ｗの増加に対して回転トルクＴ／Ｄが増大する。
【００１７】
前記試験パラメータδＴ／δＳｔは、貫入量Ｓｔの変化に対する回転トルクＴの変化の割合を示す（ただし、δＴは回転トルクＴの増分、δＳｔは荷重Ｗを表す）。また、このδＴ／δＳｔも、前記Ｔ／δＷＤと同様に、試験区間毎に算出されるものである。算出方法としては、図７に示すように、縦軸に回転トルクＴ、横軸に試験区間における総貫入量ΣＳｔを設定したグラフに示す近似線の傾きから算出する。図７は、４個の試験区間におけるδＴ／δＳｔが表示されており、粘性土、ローム及び腐植土の試験区間については、試験パラメータδＴ／δＳｔが一定あるいは僅かな増加傾向を示すのに対して、砂質土の試験区間については顕著な増加傾向を示す。このため、砂質土を一目で判定することができる。
【００１８】
（液状化判定）
本発明の液状化判定を行うためのＦＬ値は、試験区間毎に算出する。ところが、前記δＥ及びＣｐは、貫入ロッドが１回転する毎に算出されるものであるから、δＥ及びＣｐを試験区間毎のパラメータに変換する必要がある。そこで、貫入ロッドが試験区間の深度である０．２５ｍ貫入するのに必要な貫入エネルギをΣδＥとして、このΣδＥは、試験区間における各荷重段階のエネルギであるδＥの合算で算出できる。
【００１９】
また、Ｃｐは、試験区間における各荷重段階での塑性ポテンシャル係数を表すものであるから、試験区間である０．２５ｍ貫入する間の貫入ロッドの半回転数をＮｓｄとしたとき、試験区間での塑性ポテンシャル係数Ｃｐ’は、次式で算出できる。
Ｃｐ’＝（Ｄ・Ｎｓｄ）／（πＴ／ＷＤ）
これは、図８に示すように、Ｄ・ＮｓｄとπＴ／ＷＤとの関係を示す値の近似線の傾きで表される。
【００２０】
また、本発明の液状化判定は、上記従来技術で説明したＦＬ法によるものであり、ＦＬ法で用いる動的せん断強度比Ｒの算出方法に特徴を有するものである。算出方法としては、回帰分析手法によるものであり、目的変数が既知のサンプルについて、適宜に設定した説明変数を適用して回帰分析を行い、目的変数と説明変数間の関係を規定する回帰式を算出し、この式に基づいて、目的変数が未知のサンプルについて、目的変数の値を予測するものである。説明変数が複数個ある場合を重回帰分析と呼ぶ。
【００２１】
そこで、前記試験パラメータのうち、目的変数は繰り返し三軸強度比ＲＬとして、説明変数は前記Ｃｐ’、δＴ／δＳｔ及びΣδＥを選択し、次の回帰式を設定した。ただし、α１は誤差項であり、α２、α３及びα４は偏回帰係数である。これらα１〜α４は、重回帰分析における最小二乗法の原理で決定される。
ＲＬ＝α１＋α２・Ｃｐ’＋α３・δＴ／δＳｔ＋α４・ΣδＥ
Ｒ＝ｃｗＲＬ
ただし、ｃｗは地震動特性による補正係数
【００２２】
【表１】
2015021355.tif 000003
【００２３】
上記表１は、上記回帰式により求めた動的せん断強度比Ｒと、地震時せん断応力比Ｌとから実際に試験区間毎にＦＬ値を求めたものである。試験地は、千葉県浦安市運動公園であり、地震時せん断応力比Ｌの算定にあたっては、マグニチュード７．５プレート境界型の巨大地震による地震動（つまり、補正係数ｃｗ＝１）、水平加速度２００galを想定としている。また、表１では、上記回帰式を用いて推定した動的せん断強度比Ｒから算出したＦＬ値は、ＦＬＳＤＳ、従来方法で算出したＦＬ値はＦＬと表記してある。さらに、貫入試験を実施する前に、液状化判定を行っており、その結果、深度２．５ｍ地点で水位が観測されたので、これより下の深度からＦＬ値を算出した。
【００２４】
上記表１の結果から、ＦＬＳＤＳとＦＬは概ね一致していることがわかり、本発明の液状化判定方法は正確なものであるといえる。また、土質判定とＦＬ値の算出とを平行して行うので非常に実用的な判定方法といえる。さらに、各試験区間のＦＬ値を算出することにより、各試験区間を相対的に比較することが可能となり、地盤全体の液状化に対する危険度を評価できるようになる。  
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】貫入試験機の外観図である。
【図２】洪積層における試験パラメータδＥの変動を示すグラフである。
【図３】沖積層及び腐植土層における試験パラメータδＥの変動を示すグラフである。
【図４】洪積層における試験パラメータＣｐの変動を示すグラフである。
【図５】沖積層及び腐植土層における塑性ポテンシャル係数Ｃｐの変動を示すグラフである。
【図６】試験パラメータδＴ／δＷＤを示すグラフである。
【図７】試験パラメータδＴ／δＳｔを示すグラフである。
【図８】試験パラメータＣｐ’を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１  自動貫入試験機
２  支柱
３  昇降台
４  貫入ロッド
４ａ  ロッド
４ｂ  スクリューポイント
５  チャックユニット
６  チャック用モータ
８  昇降用モータ
１０  制御ユニット
【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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【図７】
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【図８】
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