全地連「技術フォーラム2015」名古屋【9】→【9】

風化度の異なる盛土材料の動的変形特性
基礎地盤コンサルタンツ㈱1. はじめに

○細堀建司

若杉護

100

盛土地盤の造成前に、地震応答解析によって盛土地盤定の地盤材料を用いて土質試験を行い、解析に必要な動的変形特性を評価する必要がある。盛土材料として軟岩

通過質量百分率(%)の地震応答特性を評価したい場合、盛土材として使用予80の掘削土砂を使用する場合、風化度の異なる土砂が発生

60
40
DL原粒度

20

DH原粒度

00.0010.010.1

するため、風化度によって変形特性が異なる場合は、使用する材料の風化の程度に応じた変形特性を評価する必よって S 波速度測定試験、繰返し三軸試験を行い、風化80

2. 盛土材料の概要
盛土材料は風化した溶結凝灰岩の掘削土砂で、コアボ

通過質量百分率(%)

100事例について報告する。

10100

図-1 粒度調整前の粒径加積曲線

要が生じる。本稿では風化度の異なる2種類の盛土材料に度の違いによる動的特性の違いの有無について検証した

1粒径(mm)6040
DL調整後粒度20

DH調整後粒度
00.0010.010.1

110100

粒径(mm)

ーリングによって採取された試料を岩級ごとに区分して

図-2 粒度調整後の粒径加積曲線取り分けて試験試料とした。試料は土砂化した D 級材料であったが、風化の程度によって DL 級と DH 級に区分される。DL 級はほぼ土砂化した状態であるのに対し、DH級は小さな岩片が残存する状態にある。
試験は直径100mm、高さ200mm の供試体で実施したた
め、19mm 以上の粒径をオーバーサイズカットして試料を調整した。表-1に各材料の物理特性、図-1に調整前、図SS-2に調整後の粒径加積曲線を示した。
DL 材料は礫分が約30%、細粒分が約44%あるのに対し、Ｓ波発生用起振子

パルス発生器

Ｓ／Ｐ切替スイッチ

DH 材料は礫分は約60%、細粒分が約17%と粒度特性に大きトリガー
Ｐ波発生用起振子な違いがある。
表-1 盛土材料の物理特性

P

DL材料

試料名

S

DH材料

シグナル
処理装置
P/S切替スイッチS

粒度調整前 粒度調整後 粒度調整前 粒度調整後

土粒子の密度(g/cm3)
含水比(%)
礫分(%)
砂分(%)
粒度
シルト分(%)
粘土分(%)

－－
31.6
25.0
23.0
20.4

2.690
19.0
30.7
24.8
22.5
22.0－
－
59.6
23.9
6.9
9.6

2.661
13.6
60.0
23.5
7.3
9.2

供試
体

受振用
加速度計

S

P

チャージ
アンプ

デジタル
オシロスコープS

3. 実施した動的特性試験
上記の材料に対し、盛土地盤の S 波速度と動的変形特図-3 三軸供試体の Vs・Vp 測定試験装置

性を評価するため、「三軸供試体の Vs・Vp 測定試験」と「地盤材料の変形特性を求めるための繰返し三軸試験」を500kN/m2の3ケースについては、Vs・Vp 測定試験に引き実施した。

続いて、繰返し三軸試験を実施した。

供試体は、大きさは直径100mm、高さ200mm とし、別途Vs・Vp 測定試験装置の概要を図-3に示す。測定装置は実施した締固め試験で得られた最大乾燥密度の95%の値大別して、三軸セルに取り付けたＳ波、Ｐ波発生用の起33（DL 材料1.553g/cm 、DH 材料1.632g/cm ）で作成した。

振子と駆動装置、受振用の加速度計と受信装置、及びＰ/三軸供試体の Vs・Vp 測定試験は、拘束圧を100、200、300、Ｓ切換装置より構成される。Ｓ波速度 Vs の測定の際には400、500kN/m2の5ケースを実施し、このうち100、300、ねじり波を発生して上下受振子の初動立上りの時間差よ全地連「技術フォーラム2015」名古屋
り、Ｐ波速度 Vｐの測定の際には圧縮波を発生して駆動

材料の風化度の違いによる動的変形特性の違いはほとん

電圧と下部受振子初動立上りの時間差より、波動の伝播ど見られなかった。また、図-9に HD モデルによる近似曲速度が求められる。地盤材料の変形特性を求めるための線を示したが、材料や拘束圧の違いに関わらず、概ね１繰返し三軸試験は、JGS0542に則り実施した。

本の曲線で表現できることが分かる。

なる傾向が見られるが、Vp は拘束圧との関係は認められなかった。また、盛土材料との関係では DH 材料の供試体が、DL 材料の供試体よりもやや Vs、Vp が大きくなって

DL‐1DL‐1

1.00E‐05

1.00E‐04

1.00E‐03504540DL‐3DL‐535302520151050
1.00E‐02
1.00E‐01

DL‐3DL‐5いるが、その差は小さく、Vs、Vp としては同一の材料と片振幅せん断ひずみ(γ)SAして扱えると思われる。図-4には Vs と拘束圧の近似曲線

図-6 DL 材料の G/G0,h～γ 関係0.268も示したが、Vs=71.114×σc’で表され、一般的にGeq/G0400350300
250200150100500

Vs=71.114×σc'0.268DLDH

DH‐1DH‐1

1.00E‐05

1.00E‐04

1.00E‐03504540
DH‐3DH‐535302520151050
1.00E‐02
1.00E‐01

DH‐3DH‐5

片振幅せん断ひずみ(γ)SA100200300

400500600

圧密圧力σc' (kN/m2)

Geq/G0

図-4 三軸供試体の Vs 測定結果
2500
2000
1500

1.00.90.80.70.60.50.4
0.30.20.10.0
1.00E‐06

DL‐1DH‐1DL‐1DH‐11.00E‐05

1.00E‐04

1.00E‐03

DL‐3DH‐3DL‐3DH‐3504540353025201510501.00E‐01

DL‐5DH‐5DL‐5DH‐51.00E‐02

履歴減衰率h (%)

図-7 DH 材料の G/G0,h～γ 関係
0

P波速度Vp(m/sec)

1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
1.00E‐06

片振幅せん断ひずみ(γ)SA1000
DLDH500

図-8 DL,DH 材料の G/G0,h～γ 関係

0100

200300400500

正規化したせん断剛性率Geq/G00600

圧密圧力σc' (kN/m2)

図-5 三軸供試体の Vp 測定結果

5. 繰返し三軸試験結果
図-6～8に繰返し三軸試験の結果をせん断剛性率比

1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.50.4
0.3
0.2
0.1
0.0
1.0E‐06

1.0E‐05

1.0E‐04

1.0E‐03

1.0
0.9
0.80.7
実測データ
0.60.5
実測データ
0.4HDモデル
0.3HDモデル
0.2
0.1
0.0
1.0E‐02
1.0E‐01

Geq/G0とせん断ひずみ γ の関係、および履歴減衰率 h

片振幅せん断ひずみ(γ)SAと γ の関係として整理した（Geq:等価せん断剛性率、G0:

図-9 G/G0,h～γ 関係の HD モデルによる近似正規化した履歴減衰率h/h0

S波速度Vs(m/sec)

認められる σc’の0.25乗に近い関係となった。

履歴減衰率h (%)

圧力との関係で示した。Vs は拘束圧が大きいほど大きく

Geq/G0

図-4と図-5に三軸供試体の Vs と Vp の測定結果を拘束

1.00.90.80.70.60.5
0.4
0.3
0.20.10.01.00E‐06

履歴減衰率h (%)

4. Vs・Vp 測定試験結果微小ひずみレベルの等価せん断剛性率）。G0は各試験の最も小さいひずみに対する Geq をとった。また図中の試験
222

番号の添字1,3,5は拘束圧100kN/m 、300kN/m 、500kN/mでの試験であることを表している。

6. おわりに風化岩の掘削土を盛土材料とする場合、同じ締固め度で供試体を作成すれば、材料の風化度の違いによる動的

図-6、7で Geq/G0～γ 関係に対する拘束圧の影響をみ特性の違いはあまり無いことが分かった。ただし乾燥密ると、DL 材料、DH 材料ともに拘束圧が大きいほどやや曲度や間隙比の条件を統一すると異なる結果になる可能性

線が右にあり、剛性低下し難い結果となっているがそのがある。また、今回の結果は溶結凝灰岩での結果であり、差は小さい。h～γ 関係は拘束圧による違いはみられな他の岩種では異なる特性を有する可能性が考えられるたい。図-8には DL 材料と DH 材料の結果を重ねて示したが、め、試験によって確認する必要がある。