第 46 回地盤工学研究発表会
2011 年 7 月

948

F - 07 （神戸）定体積条件における砂岩層理面の繰り返しせん断特性

繰り返しせん断試験，せん断強さ，層理面

奥山ボ－リング株式会社

正会員

〃正会員

小松順一

国際会員

若井明彦

群馬大学大学院○藤井登

奥山ボ－リング株式会社

田中頼博

〃阿部真郎

１．はじめに
地震時岩盤すべりの発生機構やすべり面のせん断特性に関するこれまでの報告 1),2)は，主に層理面に砂層等を挟在している現場を対象としており，挟在物が存在しない現場を対象とした報告はない。そこで筆者らは，2007 年新潟県中越沖地震によって初生的な岩盤すべりが発生した，聖ケ鼻地区の挟在物が存在しない砂岩層理面を対象として定体積条件での繰り返し一面せん断試験を実施し，せん断特性の把握を試みた。地震動によって層理面から垂直方向に剥離した状態に相当する剥離試料と不攪乱試料とのせん断強度の差違，および挟在物が存在する場合との繰り返しせん断挙動の差違に着目し，それが地震時岩盤すべりに及ぼす影響について考察した。
２．試験方法１）試験試料
不攪乱試料と層理面から分離した剥離試料，さらに剥離試料については層理面の凹凸の大きさで区分して，凹凸が1mm 未満のほぼ平坦な試料と 2～3mm 程度の試料とした。
２）試験装置および試験条件
試験装置：

コンピュ－タによる自動制御および記録が可能な H－Ⅲ型繰り返し一面せん断試験機を用いた。

試験条件：

①

供試体寸法・・・・高さ 30mm，直径 60mm の円盤状。

②

せん断箱隙間・・・層理面がほぼ平坦な剥離試料は 1mm と 3mm，ほかは 3mm。

③

せん断条件・・・・定体積，初期垂直応力：40kPa，80kPa，120kpa，片振幅 6mm，せん断速度 0.2mm/min，繰り返し回数 10 回。

３．試験結果と考察
１）砂岩および砂岩層理面の力学・物理性状
砂岩の一軸圧縮強度は約 4,100kN/m2，層理面の引表.1

張り強度は約 235kN/m2 が測定されている。今後，動的試験を含めた追加試験により，岩盤の層理面からの砂 岩剥離に関して，地震動の強さと層理面の引張り強度の関係から検討する必要がある。粒度構成は層理面Ⅲの砂分約 80%で，細砂分が 60%を占め，中砂分が 20%

砂 岩
層理面

砂岩および砂岩層理面の力学・物理性状
一軸圧縮強度≒4,100kN/m2

湿潤密度19.5～19.8kN/m3

引張り強度≒235kN/m2

層理面Ⅰ 砂分55%(細砂51%、中砂4%）
粒度構成 層理面Ⅱ 砂分62%(細砂58%、中砂4%）
層理面Ⅲ 砂分81%(細砂60%、中砂20%、粗砂1%）である。層理面Ⅰ，Ⅱより砂分が 20%程多い（表.1）。
２）繰り返し一面せん断試験結果

図-１はせん断変位～応力関係図，垂直応力～せん断応力関係図の一例である。上段 a)の不攪乱試料の場合はせん断変位 3mm 付近までせん断応力，垂直応力とも急激に増加して明瞭なピ－クを示したあと，急激に減少する。その後の変化は緩やかである。下段ｂ）の層理面がほぼ平坦な剥離試料の場合はせん断応力，垂直応力とも不攪乱試料に較べて緩やかな変化を示し，せん断応力は明瞭なピ－クを示さない。ピ－ク強度までの垂直応力は減少傾向を示し，不攪乱試料とは異なっている。せん断の繰り返しに伴うせん断応力の低下は両試料とも顕著であり，10 回の繰り返しせん断で残留状態に至っており，砂層等を挟在する試料と同じ挙動を示した。
図-2 は層理面Ⅰのσ～τ関係からせん断強度パラメ－タを求めた一例である。a）の不攪乱試料はせん断抵抗角φ’=46°，粘着力 C’=220kN/m2 を示し，b）の剥離試料のφ’=29°，C’=15kN/m2 に較べて大きい値を示す。
表.2 は今回の試験により得られたピ－ク時のせん断強度パラメ－タであり，この値を求めたσ～τ関係図を図-3 に示した。剥離試料のせん断強度パラメ－タは不攪乱試料に較べて著しく小さい。剥離試料の，凹凸が存在する層理面のCyclic shear characteristic in bedding plane of sandstone under the constant volume condison.
Noboru Fujii, Junichi Komatsu(Okuyama Boring Co.,Ltd.), Akihiko Wakai(Gunma Univ), Norihiro Tanaka,Shinro Abe(Okuyama Boring Co.,Ltd.)1895

せん断強度パラメ－タはほぼ平坦な試料に較べてφ’で 10°程度大きい値を示す。せん断箱隙間の大きさによるせん断強度パラメ－タの差違はφ’で 3°以下，C’で 10kN/ m2 以下である。岩盤試料であることを考えれば，大きな差違ではないと考えるが，今後，デ－タを蓄積して解析する必要がある。試料漏れはごくわすかであり，せん断箱隙間の大きさ1000程度の隙間に抑え，試料漏れ対策を優先すべきであると考える。
不攪乱試料においては層理面Ⅰ，Ⅱと層理面Ⅲでの差違が顕著である。すなわ
ち，層理面Ⅲのφ’は 65°と大きく，Ⅰ，600
400200−2000を示した。粒度構成との関連性については今後の課題である。

0−50120040kPa:試料番号０−3680kPa:試料番号０−38120kPa: 試料番号０−392せん断応力τ(kN/m )30040kPa: 試料番号０−910080kPa: 試料番号０−35120kPa: 試料番号０−2700 100 200 300 400 500 600 700 800
2垂直応力σ(kN/m )20006100 200 300 400 500 600
2垂直応力σ(kN/m )2345せん断変位δ(mm)6150

2100500−50012345せん断変位δ(mm)6100500−50−100−500501002垂直応力σ(kN/m )

150

図-1

試験結果の一例

φ'=29° 2Ｃ'=15kN/m

5000501002垂直応力σ(kN/m )a)不攪乱試料
図-2400b)剥離試料（初期垂直応力σn=80kN/m2，せん断箱隙間 1mm）150

せん断応力τ(kN/m )250−10004002345せん断変位δ(mm)

せん断応力τ(kN/m )面Ⅰのせん断強度パラメ－タが小さい値

1001

600

−200−100 015022

離試料においてはすべり面となった層理

φ'=46°2Ｃ'=220kN/m

6

垂直応力σ(kN/m )100

せん断応力τ(kN/m )示す層理面Ⅰ，Ⅱより著しく小さい。剥5002345せん断変位δ(mm)800a)不攪乱試料（初期垂直応力σn=120kN/m2，せん断箱隙間 3mm）

ほぼゼロに近く，約 200～500kN/m2 を

600

200

−2000150700

4000Ⅱに較べて 20°程度大きい。逆に C’は

800

600011000

800280022

せん断応力τ(kN/m )度が小さい場合ほど層理面の凹凸と同じ垂直応力σ(kN/m )1000

せん断応力τ(kN/m )による差違は認められなかったが，固結150b)剥離試料

σ～τ関係図一例（層理面Ⅰ，せん断箱隙間 3mm）

表.2 各層理面のピ－ク時せん断強度パラメ－タ
層理面Ⅰ
隙間 φ’、C’3mm

層理面Ⅲ

3432

φ’（°）

1mm

層理面Ⅱ

剥離
剥離
剥離剥離剥離剥離不攪乱 (凹凸) (平坦) 不攪乱 (凹凸) (平坦) 不攪乱 (凹凸) (平坦)C’（kN/m2)348φ’（°）

46C’（kN/m2)220

試
験中3329294448356544351555452482430

図-3σ～τ関係図

４．あとがき挟在物が存在しない砂岩層理面における定体積条件での繰り返し一面せん断試験のピ－ク時せん断強度は，岩塊が層理面から垂直方向に分離することにより著しく低下し，さらにせん断が繰り返されることによって砂層を挟在する場合と同様，時刻歴的に低下していくことが明らかになった。今後の安定度解析に有用であるとともに，地震時岩盤すべりの発生機構を示している可能性があり，数値解析により検証したい。
参考文献；1）若井明彦，鵜飼恵三，尾上篤生，樋口邦弘，黒田清一郎：層理面のひずみ軟化挙動に起因する流れ盤斜面の地震時崩壊の有限要素シミュレ－ション，地すべり学会誌，第 44 巻，第 3 号，pp1-11，2007.
2）佐々恭二，福岡浩，汪発武，王功輝：平成 16 年新潟県中越地震により発生した再活動地すべり地における高速地すべり発生・運動機構，地すべり学会誌，第 44 巻，第 2 号，pp1-8，2007.

1896