一般財団法人 大成学術財団
2019 年度助成研究梗概書
せん断波速度 Vs を利用した新しい液状化強度の推定法とその適用性検証
東京大学

三軸液状化試験
液状化強度比せん断波速度
液状化判定
年代効果
土粒子構造
研究の目的
N 値を用いた従来の簡易液状化判定法では、実際の液状○清田隆 1*
片桐俊彦 2*
志賀正崇 3*もしくはベンダーエレメント法により、供試体を伝搬する Vs を計測した。その後、応力振幅一定の非排水三軸繰化強度を極端に安全側に評価することが 2011 年東北地方り返し試験（液状化試験）を実施した。

太平洋沖地震後の調査で指摘されている 。また、一般的なサンプリング手法による不撹乱試料を用いた液状化試

研究成果(1) CRR-Vs 関係に及ぼす供試体の諸条件

験結果は、供試体の乱れの影響を大きく受ける 2)。このよa)

うな現行の液状化強度予測手法の課題に対し、清田ら本研究で実施した振動締固め法、湿潤突き固め法で作製された供試体の Vs 計測および液状化試験結果に加え、空中落下法で作成され異なるせん断履歴を受けた供試体の結果 4)を合わせた Vs-CRR 関係を図 1 に示す。液状化強度 CRR と Vs は、空中落下法、振動法、湿潤突き固め法の順番で大きくなっており、同じ密度でも異なる供試体作製方法で作成されたことによる土粒子構造の違いが、実験結果に大きく反映されている。Vs と CRR は良い相関を示しており、指数関数でフィッティングした場合のべき数は 5.27 と、既往研究 4)が示す値とほぼ整合する。この結果は、供試体作製方法や応力履歴の違いによらず、液状化前の供試体の土粒子構造の違いが Vs と CRR に及ぼす影響は、一意的に表されることを示唆している。

1)

3,4)

は土粒子構造が液状化強度に及ぼす影響をせん断波速度
Vs で評価できることを示し、原位置試験と再構成試料を用いた室内試験で計測される Vs を利用して原位置液状化強度を評価する手法（以降、提案手法と称する）を開発した。本研究では、この提案手法をより多様な地盤に適用させること、および実務への適用性を検証することを目的とする。
研究の内容
本研究では、具体的に以下の内容を検討した。
① 既往研究 3,4)では、液状化強度 CRR と Vs の相関について、応力履歴により土粒子構造を変化させた供試体を対象に求めているが、堆積環境の違い等に起因するよ供試体作製方法の影響0.5い。そこで本研究では、作製方法を変化させた供試体を用いた一連の実験を実施し、既往研究と比較した。
② 既往研究 3,4)の CRR-Vs 関係は、豊浦砂等の限られた試料を中心とする実験で示された。本研究では東京湾臨海部で採取された沖積砂質土、および火山灰質土を対象に一連の実験を実施し、既往研究と比較した。

Cyclic resistance ratio, CRR

り極端な土粒子構造の変化については言及されていな

0.4

CRR=8.9×10-14・Vs5.27

0.30.2振動締固め法湿潤突き固め法
空中落下法4)
空中落下法 履歴100回4)空中落下法 履歴 1000回4)空中落下法 再液状化4)0.1③ 過去の地震で液状化の発生が確認されていないにもかかわらず、簡易液状化判定手法では液状化と判定される地盤を対象に、採取試料を用いた一連の室内試験を実施して提案手法の適用性を検討した。
実験方法b)
供試体作製方法の影響（研究内容①）は豊浦砂を用い、0.0180200

220240260280

Vs (m/s)

図 1 豊浦砂の Vs と液状化強度 CRR の関係
異なる地盤材料の影響

研究内容②の検討のため、東京湾臨海部（川崎市内）
動締固め法と湿潤突き固め法により異なる土粒子構造をで採取した砂質土（沖積砂質土 1）、および北海道美幌町有する供試体を作製した。異なる地盤材料への適用性
地内から採取した火山灰質土を対象に、所定の密度にお（研究内容②）を検討した試料（沖積砂 1・火山灰質土）いて過圧密履歴により土粒子構造を変化させた供試体をについては、異なる過圧密履歴を与えることで土粒子構用いて、一連の Vs 計測と液状化試験を実施した。
造の変化を期待した。また、提案手法の適用性検討（研図 2 に沖積砂質土 1 の液状化強度曲線を示す。供試体密
究内容③）は、沖積砂 2 と火山灰質土を対象に実施した。
度は同等であるが、OCR が大きくなると CRR、Vs 共に大本研究では、応力制御式とひずみ制御式の三軸載荷装きくなることが確認され、過圧密履歴により土粒子構造置を用いた。所定の有効拘束圧まで等方圧密後、T&A 法、 が強化されたことが示唆される。同様の傾向は火山灰質A new method for evaluating liquefaction resistance based on
shear wave velocity and its applicability verification

Takashi KIYOTA, Toshihiko KATAGIRIand Masataka SHIGA

土でも確認された。また、それぞれの試料の OCR= 1 の結果で正規化した Vs-CRR 関係について、既往研究 4)の結果と合わせたものを図 3 に示す。沖積砂質土 1、火山灰質土ともに既往研究の示す傾向と整合することが確認された。
本研究で用いた火山灰質土は、実験前後で有意な破砕性は確認されなかった。現時点では、土粒子の破砕性がVs/Vs*-CRR/CRR*関係に及ぼす影響は明らかではないが、火山灰質土であっても破砕性を示さない限りは、提案手法、即ち室内試験と原位置試験による Vs を用いて原位置液状化強度を推定できる可能性がある。

度 CRR は、室内試験による液状化強度 CRR*とせん断波速度 Vs*、および原位置 PS 検層より求まるせん断波速度 Vs を用いて図 4 中の式で示される。
この結果、原位置液状化強度 CRR は 0.42 と見積もられ、検討対象深度では FL=0.99 となった。これは当該地点で東北地応太平洋沖地震時に液状化の痕跡が確認されなかった事実を反映しており、従来の簡易判定と比べて現実的な値であると言える。
本提案手法は、N 値のみでは評価できない原地盤が有する土粒子構造（かみ合わせ効果）が液状化強度に及ぼす影響を、Vs を利用して評価することを特徴とするものである。本研究では上述の沖積砂質土のほか、2003 年十勝沖地震を対象とした火山灰質土の事例を検討したが、いずれも提案手法の妥当性を示す結果が得られた。

図 2 沖積砂質土 1 の液状化強度曲線

図 4 Vs を利用した液状化強度推定法の手順 4)

図 3 Vs/Vs*-CRR/CRR*関係（既往研究 4）に加筆）(2) 液状化強度予測に関する提案手法の検証
2011 年東北地方太平洋沖地震において、従来の簡易液状化判定手法（道路橋示方書）では液状化と判定されたが実際はその痕跡が確認されなかった東京都葛飾区地内の江戸川河川敷を対象に、提案手法（図 4）の検証を行った（研究内容③）。検討に利用した地表面水平加速度は、262gal である。また、本研究では簡易判定法で FL 値が0.24 と最も低かった GL-7.5m の沖積砂質土を対象に検討を実施した。
図 4 のフローに従い、標準貫入試験により採取された撹
乱試料を用い、原位置密度（d=1.44g/cm3）と同等になるように調整した再構成試料において、原地盤の有効上載圧を考慮した圧力（c’= 50kPa）で等方圧密後、Vs 計測と液状化試験を実施した。提案手法では、原位置液状化強1*東京大学 生産技術研究所・准教授
2*同・技術職員 3*同・大学院生(博士課程)

まとめ
同じ密度で土粒子構造が異なる地盤の液状化強度とせん断波速度の関係は、様々な堆積環境や地盤種別に対しても一意的に説明できる可能性が示された。また、原位置の液状化強度を推定する提案手法を、既往地震（2011年東北地方太平洋沖地震・2003 年北海道十勝沖地震）の非液状化事例に適用した結果、従来の簡易判定手法では液状化すると判定される原地盤の液状化強度を適切に評価することができた。
謝辞
本研究は、一般社団法人大成学術財団の助成を受けて行われた。ここに記して謝意を表します。
【参考文献】
1) 土木研究所資料, 第 4280 号, 2014.
2)

Yoshimi et al., Geotechnique, 44 (3), 479-494, 1994.

3)

清田ら, 地盤工学ジャーナル, 12 (4), 375-383, 2017.

4)

Kiyota et al., Soil Dynamics and Earthquake Engineering,
117, 164-173, 2019.

* Institute of Industrial Science, University of Tokyo