粒子配向性を考慮した砂の液状化特性
地盤工学研究室LE HOANG KIM

指導教員 豊田
1.背景及び目的

浩史

め，単調圧縮試験及び単調伸張試験を行っ一般的に，土粒子がある種類の堆積方法た．単調せん断試験は三軸試験装置で実施によって自然地盤を形成し，その地盤は異し，せん断強度に与える圧縮と伸張の影響方性を有する．また，液状化強度に影響をを検討した．

与える要因として，密度や年代効果，粒子配向性による異方性などが考えられる．密2.2.ベンダーエレメント試験（BE 試験）

度や年代効果が液状化に与える影響につ本研究では，図－2 に示すように，キャいては，様々な検討が行われているが，異ップ及びペデスタル中央に送受信用 BE を方性が液状化に与える影響は，検討結果が設置した．試験中に適宜，せん断波を送信少なく，あまり明らかになっていない．そして供試体中を伝播する波を測定し，せんこで，本研究では液状化に与える異方性の断波速度 Vs を求めた．また，せん断波速度影響を調べるため，特に砂粒子の配向性にVs から初期せん断剛性率 G0 を求めた．せ着目した検討を行う．

ん断波の伝播速度 Vs と初期せん断剛性率G0 は次式より算出した(2)．

2.試験方法
本研究では，豊浦砂を試料として用い，

Vs= L /⊿t
G0=𝜌𝑡 Vs2

水中落下法で粒子配向のある供試体を作

Vs：せん断波速度(m/s)，L：BE 間距離(mm)，製した．そして，配向は 0°，45°と 90°の 3⊿t：せん断波到達時間(msec)，G0：初期せつのケースで検討した．豊浦砂の長さと幅

ん断剛性率(kPa)，𝜌𝑡 ：湿潤密度(g/c𝑚3 )での粒形状比分布を図－1 に示す．長さ（L）ある．L は，キャップとペデスタルの BE 先と（W）の比率 L / W が 1.0 から 1.6 に分布

端間距離をとる tip-to-tip 法を，⊿t は送受信し，L / W の平均値が約 1.5 であるため，砂波形の立ち上がり点を結ぶ start-to-start 法

粒子はやや扁平で細長い形で構成されてを用いた．

いる(1)．

図－１ 豊浦砂の長さと幅の粒子形状
2.1.単調せん断試験

本研究では，せん断強度特性を求めるた

図－2 ベンダーエレメント装置

2.3.液状化試験

3.1.せん断強度特性

本研究では，飽和非排水繰返し試験を行

図－5 に単調圧縮と単調伸張試験の応力った．間隙圧係数 B>0.95 を満たすことで－ひずみ関係を示す．軸差応力がプラス方飽和していると判断し，自動制御により平向は圧縮試験，逆に軸差応力がマイナス方

均有効主応力 p’=50kPa で等方圧密を行っ

向は伸張試験の結果である．

た．圧密開始から排水が終了するまでの圧圧縮の方は配向 0°ケースが一番強い結密を通常圧密とて，圧密終了後，繰返片振果となった．一方，伸張試験では，各配向幅 σd を設定し，軸ひずみ速度 0.1mm/min 一ケースの差別が圧縮試験より小さいが，配定で繰返し載荷を行う．この繰返し載荷過向 90°ケースが一番強い結果となった．ま程は，両振幅軸ひずみ DA=5%に達した時，た，両方の試験では，せん断ひずみを約 1%液状化したものとし，試験を終了した．

程度に達した際には，各配向ケースの差が出ている．

2.4.マイクロスコープで配向性の測定

単調せん断試験では圧縮強度と伸張強

本研究では，粒子の配向性を測定するた度の変化に傾向が見られた．液状化試験にめ，拡大率の約 200 倍のマイクロスコープ

は圧縮と伸張が含まれてり，両者の影響がを用いて液状化前後の砂粒子配向の変化あると考えられる．

を調べた．測定状況は図－3 に示すように，実験前後の 9 箇所に分けて写真を取得した．
それから，粒子の配向角度をクーレーの理論（Curray’s suggestion_1956）(3)で算出した．
粒子配向の計算法を図－4 に示す．
θ（°）：方位角V.M（%）：オリエンテーションの集中度

図－5 応力－ひずみ関係

圧縮試験

伸張試験

図－3 測定状況

3.結果及び考察

図－6 圧縮試験と伸張試験後の状況
図－4 クーレーによる理論

3.2.せん断剛性率特性
べンダーエレメントで測定した初期せん断剛性率 G0 を図－7 に示す． 配向が 0°，45°と 90°の順番に G0 が 55MPa から 62MPaに変化し，大きくなる傾向となった．
この傾向の原因として，粒子の並び方が考えられる．図－8 に示すように，配向 90°のケースは配向 0°のケースより接点数が少ない．これにより粒子の弾性領域が大きくなるので，せん断波速度が大きくなり，

図－7 せん断剛性率の変化

初期せん断剛性率も大きくなると考えられる．
3.3.液状化強度特性
図－9 に示すように，粒子配向 90°と 45°の供試体は，粒子配向 0°の供試体より液状化までの繰返し回数 Nc が多い．図の液状化強度曲線の傾きは，配向 45°と 90°が似ており，配向０°より大きな傾きである．
液状化試験では，粒子配向角が大きくな

図－8 供試体内にせん断波のｄると液状化強度も増加する結果となった．
しかし，図－10 に示すように，再液状化試
験を行うと，再液状化強度が低下する結果となった．
3.4.配向性の測定結果
図－11，図－12，図－13 にそれぞれ液状化前，液状化後，再液状化後の粒子配向分布図を示す．液状化前に，各配向ケースに

図－9 液状化曲線応じた分布が分かる．
配向 0°の場合：0°-30°周辺と 150°-180°周辺に粒子が密集した．
配向 45°の場合：45°-70°のあたりに粒子が密集した．
配向 90°の場合：90°周辺に粒子が密集した．
表－1 に，オリエンテーション V.M. の値は各ケースで 30%ト程度となった．

図－10 再液状化結果

3.3.配向性の測定結果
表－1 試験前の配向特性値
実験前の配向測定
Orientation Angle （°）

Number of Particles

φ(°)

V.M.(%)

0°

366

2.6

27.7

45°

392

62.3

31.6

90°

396

85.6

37.6

液状化後の測定結果から，粒子配向の変化が見られる．0°，45°，90°のすべてのケースで，粒子配向が 90°あたりに多く分布し

図－11 液状化前の粒子分布ている．すなわち，粒子が立つ傾向となった．
また，再液状化後にも，子配向は 80°－100°あたりに密集する結果となった．しかし，再液状化強度は低下したので，再液状化のメカニズムを，粒子配向性の観点のみからは説明できない．

図－12 液状化後の粒子分布

4.まとめ
複数の試験結果を表－2 にまとめる．本
研究で得られた結論は以下となる．
1）水中落下法で供試体の粒子配向性はある程度調整できる．
2）配向角が大きいと液状化強度も大きい．これは G0 と同じ傾向だが，圧縮せん断

図－13 再液状化後の粒子分布強度とは逆傾向である．
3）液状化により，粒子配向角は大きくなったが，再液状化強度は液状化強度より低下した．液状化前後の供試体をせん断強度試験，LSS 試験により詳細に検討する必要がある．
参考文献：(1) （公社）地盤工学会：地盤材料試験の方法と解説-二分冊の 1, pp.195-225, 2009.

(2) （公社）地盤工学会：地盤材料の方法と解説-二分冊の 2, pp.730-736, 2009.

(3) Le Ngoc Bao：Evaluation of mechanicalproperties of mica-mixed sand considering
inherent anisotropy, Nagaoka University ofTechnology, 2020.

表－2 配向性による特性値の変化