全 自 動 三 軸 試験 装 置Computer Controlled Triaxial System
室 内 静 止 土 圧 係 数 (K o 値 )測 定

基礎地盤コンサルタンツ株式会社

信頼性の高い解析のために地盤の強度・変形特性は、その場所を取り巻く地形や過去の荷重の履歴によって、その都度変化します。
このような地盤上に安定した信頼性の高い構造物を構築するためには、設計段階でより確かな地盤特性値を用いなければなりません。
全自動三軸試験装置(CCTS)は、これまでの作業の複雑さや試験時間の制約などの理由から、いわば代用されてきた従来の等方圧密での三軸試験や段階載荷圧密試験にかわり、試験機内で地盤内の応力状態を再現し、より信頼性の高い試験結果を得るために開発されました。

試験機の特徴●マイクロコンピュータによる完全自動制御方式を採用。

●軸圧、側圧の独立制御方式により、地盤の異方性状・試験スケジュ－ルの任意設定可能態が再現可能。

・長期間に渡る試験を高精度に実施●供試体の周面摩擦がない状態で、高精度に側方変位・人的誤差による影響を除去を制御できる。
変位計

軸圧

側圧

ベロフラムシリンダ－制御系
ユニット
ロ－ドセル

供試
体

間隙水圧計

側圧計

背圧
載荷装
置

計測系
ユニット

全自働三軸試験装置概略システム図

試験機の仕様・精度● 供試体寸法（φ50～100mmH100～200mm）● 載荷方法（ひずみ制御、応力制御）● 載荷能力● バックプレッシャ－負荷可能
σ vmax=6000kN/m2・・全応力時

軸応力● 測定精度（下表参照）

側方応力（セル圧） σ hmax=3000kN/m2・・全応力時

測定

対軸セ間ル
隙

軸
体

水変積

変

象

フルスケ－ル

精度（供試体:φ50mmｈ100mm 時）

圧100000N

0.49N

圧

5000kN/m2

0.2ｋN/m2

圧5000kN/m2

0.2ｋN/m2

位30mm

1.1μm

化

100cm30.25μm/H2 O

CCTS による
現地盤

Ko 圧密試験から得られる地盤情報

有効水平応力(σ' h)
Ko＝

自然の成層地盤は、永い年月にわたって土の重さにより圧(σ' h)(σ'v)

密を受け今日に至っています。この圧密は、鉛直方向のみの一次元的なもので、Ko 圧密と呼ばれます。その程度は有効等方圧密状態

水平応力(σ’h)と有効上載圧(σ’v)の比から求める Ko 値(静Ko圧密状態

側面摩擦の影響止土圧係数)という、地盤固有の値であることが知られています。

σa ＝ σrσa ≠σrσa

このような地盤での信頼性の高い変形と強度特性を求めるためには、Ko 状態での室内試験結果を用いる必要がありまσrσrσr σr

す。
三軸試験

Ko圧密試験
(現地盤を再現)段階載荷圧密試験⌒Ko圧密状態)

有効上載圧 (σv' )

室内試
験
での圧
密状態

現地盤と室内試験における圧密状態の比較
Ko 圧密試験より得られる地盤情報は、以下のものです。

これらの結果は、盛土・掘削時、及び地震時の地盤① 静止土圧係数(Ko)挙動（応力・変形）予測解析の際の初期地盤応力状態② 圧密降伏応力(Pc)・・・粘性土試験時の推定や液状化解析時の地盤の液状化抵抗値の補正係数として用いられます。

また、土要素を弾性体と仮定することによって、次のものが得られます。
③ 変形係数(E)④ ポアソン比(ν)

測定

結果2.0

例

0Pc=430kN/m 21.55

Ko

1.0

軸ひずみ (%)

Ko(or)=Ko(nc)・(OCR) 0.55(過圧密時)

0.5

10E＝

Ko
ν＝1+Ko⊿σ'a(1-2ν)(1+ν)

15

Ko(nc)=0.48(正規圧密時)＝0.32(1-ν)

・⊿εa＝14500kN/m 2(σ'a=200kN/m 2 時)

0.02002004006002

有効軸応力 (kN/m )Ko 値～応力曲線

8001000

101001000
有効軸応力 (kN/m2 )応力～ひずみ曲線

10000

CCTS による地盤応力を再現した要素試験
地盤の変形・強度特性は、工事の施工段階に沿って変化す●埋立地での地盤問題の解決のためにる応力状態に伴ってその都度変化します。特に、掘削部の周Ko 圧密後の三軸（圧縮・伸張）試験

辺地盤などの水平方向のみに荷重が減少する範囲や、斜面の●斜面上での地盤問題の解決のために周囲のような予め地盤に偏荷重が作用している範囲では、その精度が問題とされます。

三軸圧縮（初期せん断荷重載荷→破壊試験）●掘削時の周辺地盤挙動解決のために施工手順に合わせて変化する荷重条件を試験に組み込むことで、高精度で信頼性の高い地盤データが得られます。

三軸圧縮（鉛直荷重一定下での水平荷重減少試験）●その他施工段階に応じた応力シミュレーション試験【応力シミュレーション試験の実施例】※第 40 回地盤工学研究発表会講演集（PP415～416）より抜粋

洪積粘性土を支持層とする長大つり橋の大型アンカレッジ基礎の底面深度検討
当構造物の直下地盤は、洪積の砂層と粘性土層が互層に堆積していました。その設計には安全で経済的な基礎深度の検討のために洪積粘性土層の剛性と変形の時間依存性を考慮した地盤モデルを採用しています。弊社では、この地盤モデルのパラメータ決定のために、各施工段階の荷重を正確に再現した三軸異方圧密試験を行いました。

非線形三要素モデル

500
クリープ計算時は考慮しない

step5400300f

弾性ひずみ

不可逆ひずみ2v

f（the New Isotach model）

掘削-100

頂版・躯体

沈下計算用荷重-400
計算位置標高-71.0m（連壁先端）

mirirr

荷重変化-300
リファレンス応力irf irv irf ir
σ=σ( )+σ( )=σ( )・{1+gv( )}1 exp 10

ひずみ

1-500
0.0

ε2.0

3.0

4.0

100

1000

6.07.0

1200

10000

200⑦

試験結果
シミュレーション結果

1000

施工段階毎の荷重を再現した
三軸異方圧密試験結果とシミュ
レーション解析結果との対比

増加荷重⊿p (kN/m 2 )ε ir(%)

5①上載圧まで載荷②50年クリ－プ③築堤④放置(クリ－プ)⑤連壁⑥頂版,躯体自重⑦50年クリ－プ⑥⑤105.0試験で用いた施工段階毎の荷重条件

σv'
10

1.0

経過時間（年）

シュミレ－ション解析に用いた三要素モデル

1連壁

築島 step2

0 step1-200

非線型三要素モデルの一般式

gv ( ir )ir100800②④③①600

104005

解析結果から得られた
残留沈下量200040151550607080900100

経過時間 (年)

基礎地盤コンサルタンツ株式会社
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関東支社
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(03) 6861-8800(03) 5632-6800(082) 238-7227

北海道支社 (011) 822-4171
中部支社(052) 589-1051
九州支社(092) 831-2511

http://www.kiso.co.jp
東北支社(022) 291-4191
関西支社(06) 6536-1591
海外事業部 (03) 6861-8885

沈下量 (cm)

ir

ir

応力

（非線形）
ee

ケーブル

step

200
粘性応力

EP2σ
増加荷重（kN/m )v

粘性応力 非粘性応力

VEP1（非線形）

step4