人工的にセメンテーションを与えた砂の再液状化に関する研究
地盤工学研究室 吉田 岬
指導教員 豊田 浩史

1. はじめに燥質量に対して，Cc=0%，0.3%，0.5%，1.0%とす

1.1 研究背景・目的

る．また，セメンテーション供試体は強度の増加

平成 23 年 3 月 11 日に発生した東北地方太平洋沖率が大きい 4 日間，水中養生させるため，水中養

地震では，地震の規模が大きかったため，液状化や生用モールド（図-1）を用いて，十分に水和反応再液状化が発生した．それに伴い，住宅，道路，河をさせてから三軸試験装置に設置することとす

川堤防，港湾施設等のライフラインに多大な被害がる．本研究に用いる供試体の諸条件を表-1，表-2発生した．この被害報告によれば，過去の液状化発に示す．

生地点と同一地点でも液状化(再液状化)現象が確認

図-2 に局所変位計設置概略図を示す．供試体横された．場所によっては過去に液状化した地震より方向の局所変位計は，接着剤により供試体に固定も小さい地震で再液状化が発生することも報告さする構造になっている．また，鉛直方向の局所変れている．しかし，一度液状化した地盤は，排水を位計についても，接着剤により供試体を挟み込む伴って密になるため液状化しにくくなるといわれように固定している．局所微小ひずみ（LSS）試験ており，再液状化のメカニズムは明らかにされていではこれら局所変位計を用いて，局所軸ひずみεないのが現状である．

a，および局所側方ひずみεr を直接測定し，せん本研究では，年代効果再現試料において，液状化断ひずみεs（式(1)）を求める．また，せん断剛性時と再液状化時の力学特性の違いについて比較検率 G は（式(2)）を用いて算出する．さらに，本三討を行う．年代効果に影響を及ぼす要因の中で，セ軸試験装置にはベンダーエレメント（BE）が内蔵メンテーション効果に着目し，セメンテーション再されており，供試体内にせん断波を送ることで，現試料が再液状化により，砂の力学特性がどのよう非破壊で，せん断剛性率 G0 を算出できる．に変化するか調査する．微量のセメント添加により，セメンテーションを与えた砂試料において，非排水繰返し三軸試験(液状化試験)やベンダーエレメント(BE)試験を実施する．
2. 試験方法
2.1 試験条件
本研究では既往研究 1)と比較するため，同条件で試験を実施する．供試体は豊浦標準砂およびセメントを混ぜ合わせた試料(セメント混合砂)から作製

図-1 水中養生用モールドし，高さ H=12.5cm，直径 D=5cm の円柱供試体とする．また，漏斗堆積法により，相対密度 Dr=32%とする．
セメントは養生期間が短く，強度が安定する早強ポルトランドセメントを用い，セメント分含有率 Cc は自然地盤における効果再現のため，微量(乾表-1 セメンテーション供試体の諸条件
試料
豊浦砂
セメント
早強ポルトランドセメント
養生期間(d)4
養生温度(℃)20
相対密度(%)
32
有効拘束圧(kPa)50

ずみ DA=5%に達した段階(圧縮方向と伸張方向の総表-2 豊浦砂の物性値
土試料
土粒子の密度 ρ s (g/cm3)
最小間隙比 emin
最大間隙比 emax
細粒分含有率 Fc (%)
吸水率 (%)
砂分含有率 Sc (%)
礫分含有率 Gc (%)

豊浦砂
2.650
0.597
0.990
01000和)を液状化状態と判断し，試験を終了することとす
る．また，液状化強度比 RL は両振幅ひずみ DA=5%
における繰返し載荷回数 Nc=20 回と定義する．
2.2.2 BE 試験 2)
本圧密終了後，および各試験の圧密終了後，実施する．本試験装置には，ペデスタルとキャップにベ非接触変位計ンダーエレメントを内蔵しており，供試体中に弾性局所変位計（水平方向）波を発信させることで，非破壊で初期せん断弾剛性率 G（式(3)）を求める．

G0 = ρ tVs 2(3)局所変位計（鉛直方向）

図-2 局所変位計設置図
 s    a   r 23(1)Gq3S

ここで，G：せん断剛性率(MPa)，Vs：せん断波速度(m/s)
𝜌𝑡 ：湿潤密度(g/cm3 )，(2)

2.2.3 LSS 試験
図-2 の局所変位計を用いて，排水単調載荷（軸2.2 試験方法

ひずみ速度：0.025mm/min）でせん断を行う．ひ

供試体作製後，二重負圧，通水，予圧を行ずみが 0.001%以下で，線形弾性体の挙動を示してい，供試体が十分に飽和(間隙圧係数 B≧0.95)しいるときのせん断剛性率 G を初期せん断剛性率ていることを確認した上で自動制御により，有G0 とする．

効応力 p’=50kPa で等方圧密を 1.5 時間行う．その後，液状化試験に移行し，セル圧一定，軸ひ2.2.4p’一定排水三軸圧縮試験

ずみ速度 0.5mm/min 制御のもと，非排水繰返し排水単調載荷（軸ひずみ速度：0.1mm/min）で載荷によるせん断を行う．この 1 回目の液状化せん断を行う．せん断中，有効拘束圧 p’は一定と試験は，両振幅軸ひずみ DA=5%に達した段階(圧なるよう制御した．局所変位計を用いた状態で行縮方向と伸張方向の総和)を液状化状態と判断ったため，せん断ひずみは 4%までとし，そこまでし，試験を終了することとする．続いて再液状のピーク強度をせん断強度とした．

化試験において，変形が残ることによる異方性を取り除くため，液状化した供試体の軸変位を3．試験結果および考察元の状態(軸ひずみ εa=0)に戻す．この状態からで3.1 液状化強度と再液状化強度きるだけ等方変形を保ちつつ，ゆっくりと排水セメントを 0%，0.3%，0.5%，1.0%添加させたとし，再び等方圧密を行う．この様に一度液状化

きの液状化強度曲線を図-3 に示し，再液状化強度曲し液状化履歴を与えた供試体に対して，以下の線を図-4 に示す．
液状化曲線上で繰返し載荷回数 20

試験を行う．

回のせん断応力比を液状化強度比 RL とし，セメント含有率との関係を図-5 に示す．図-3，図-4 より

2.2.1 液状化試験(再液状化試験)

セメントを 0.5%以上添加させることで液状化強度

前述と同様，非排水状態(軸ひずみ速度：及び再液状化強度が増加した．また，図-3，図-4 を0.5mm/min)で，繰返し載荷によるせん断を行う．な比較すると，液状化強度曲線に比べ再液状化強度曲お，2 回目の液状化試験も一回目同様，両振幅軸ひ線の方が，傾きが急となっていることから，繰返し回数が増えれば，液状化が起こった時の地震よりも3.2 BE 試験と LSS 試験から得られたせん断剛性小さい地震でも再液状化が起こりやすくなる可能BE 試験より得られたせん断剛性率 G を液状化履性があると考えられる．図-5 よりセメント含有率が歴ありとなしで比較したものを図-6 に示す．図-6

小さい（0.0%，0.3%，0.5%）とき，再液状化強度はより液状化履歴を与えることで，セメント含有量液状化強度と比較して減少するが，セメント含有率が多いほどせん断剛性率が低下する傾向があっ

1.0%の再液状化強度はあまり変化しない．

た．これは砂どうしを結合させていたセメンテーション効果が失われるため，低下する傾向になったと考えられる．再液状化強度の低下傾向とせん

Toyoura sand Dr=32%

0.25

断剛性率の低下傾向が異なるため，せん断剛性率

Cc=0.0%から再液状化強度を推定することは難しい．

Cc=0.3%0.2

Cc=0.5%0.15

Cc=1.0%130

0.1

Shear modulius, G (MPa)

Cyclic stress ratio，σd/2σ'c0.30.0501101001000

Number of cycles to liquefaction，Nc1109070
BE_test No liquefaction history
LSS_test No liquefaction history
BE_test Liquefaction history
LSS_test Liquefaction history50

図-3 液状化強度曲線

30-0.5011.5

Cement content，Cc (%)

0.3
Cyclic stress ratio，σd/2σ'c0.5

Toyoura sand Dr=32%

0.25

図-6 液状化履歴の有無によるせん断剛性率の比較

Cc=0.0%Cc=0.3%0.2

Cc=0.5%0.15

Cc=1.0%3.3 相対密度0.1

液状化履歴を与える前と後の相対密度を比較し0.05たものを図-7 に示す．図-7 より液状化履歴を与え01101001000

ることで，セメントのありなし関わらず，すべてのケースで供試体の相対密度が約 10%増加した．

Number of cycles to liquefaction，Nc

しかし，再液状化強度が低下することから，再液

図-4 再液状化強度曲線

状化強度に対する相対密度の影響は小さい．

0.30

15.00

Toyoura sand and Cement, Dr=32%

10.00

0.20

Dr change (%)

Liquefaction strength ratio, RL

0.25

0.15
0.10
Liquefaction

0.05

-0.5

00.5

1

Cement content，Cc (%)

0.00
-5.00

Reliquefaction

0.00

5.00

1.5

No liquefaction history
Liquefaction history-10.00
-0.5

00.5

11.5

Cement content，Cc (%)

図-5 各セメント含有率の液状化強度
図-7 液状化履歴の有無による相対密度の比較

Secant shear modulius, G(MPa)

3.4 せん断強度
液状化履歴を与える前と後の 4%までのピーク強度を比較したものを図-8 に示す．図-8 よりセメン
ト含有率 0.3%を除き，軸差応力 q は液状化履歴なし及びありともにセメントを添加することで上昇していることがわかる．しかし，液状化履歴なしとありを比較すると，液状化履歴ありの軸差応力

1408060402000.0001

0.1000（液状化履歴なし）
Secant shear modulius, G (MPa)

履歴を与えることで，相対密度が増加したためと考えられる．しかし，局所変位計をつけていることにより，せん断ひずみが 4%までしか実験できないため，実際の最大強度まで至っていないことに注意が必要である．

140

Toyoura sand and Cement, Dr=32%

120

Cc=0.0%Cc=0.3%
Cc=0.5%
Cc=1.0%100
8060402000.0001

170

Deviator stress, q (kPa)

0.00100.0100
Shear strain εs (%)

せん断剛性率 G とせん断ひずみ εs の関係

率において大きな値となっている．これは液状化

図-10

160

Cc=0.0%Cc=0.3%
Cc=0.5%
Cc=1.0%100

図-9が液状化履歴なしに比べ，すべてのセメント含有

Toyoura sand and Cement, Dr=32%

1200.0010
0.0100
Shear strain εs (%)

0.1000せん断剛性率 G とせん断ひずみ εs の関係（液状化履歴あり）

150
140

4. まとめ130
No liquefaction history1201）Cc=0.3%以下では，セメント含有量による液状化

Liquefaction history

強度の増加は見られなかったが，Cc=0.5%以上で

110

-0.5

00.5
1Cement content，Cc (%)

1.5

図-8 せん断強度とセメント分含有率の関係

は，セメント含有量により液状化強度は増加した．
2）液状化履歴を与えることで，Cc=0.0%，0.3%，0.5%では再液状化強度は液状化強度に比べ低下するが，Cc=1.0%では液状化強度と再液状化強3.5 微小変形特性度にほとんど差が見られなかった．

液状化履歴を与える前の LSS 試験のせん断剛性

3）液状化履歴を与えることで，供試体の相対密度率 G とせん断ひずみ εs の関係を図-9 に示し，液状が約 10%増加したが，再液状化強度が低下する化履歴を与えた後の LSS 試験のせん断剛性率 G とことから再液状化強度に対する相対密度の影響

せん断ひずみ εs の関係を図-10 に示す．

は小さい．

液状化履歴なしとありの挙動に着目すると，液状

4）液状化履歴を与えることで，セメント含有量が化履歴なしとありでせん断剛性率 G の低下率が異なっている．液状化履歴ありに比べ液状化履歴なし多いほどせん断剛性率が低下した．
5）再液状化強度の低下傾向とせん断剛性率の低下の方がせん断ひずみの増加で G が急激に低下して傾向が異なるため，せん断剛性率から再液状化おり，特に 0.001%から 0.01%ひずみで G が急激に強度を推定することは難しい．

低下する挙動を確認できる．また，弾性域（ε＝参考文献0.001％）とされているひずみより弾性域が伸びたこ

1)とも確認できる．これは液状化履歴を与えることで相対密度が増加し，供試体が密になったためと考えられる．それに加え，液状化履歴を与えることで，それ以下のひずみでは変形しにくくなったことも考えられる．

平川亮太：セメンテーション及び微小繰返しせん断履歴が砂の力学特性に与える影響，修士論文

2)

川口貴之，三田地俊之，澁谷啓，佐野佶房：室内ベンダーエレメント試験によるせん断弾性係数 G の評
価，土木学会論文集，No.694/Ⅲ-57,pp195～207,2001.