3-262

土木学会第61回年次学術講演会（平成18年9月）

自然堆積粘土のひずみ速度依存性と二次圧密係数の関係(財)地域地盤環境研究所
京都大学大学院(財)地域地盤環境研究所
京都大学大学院

正会員○肥後 陽介

フェロー

岡 二三生

正会員

長屋 淳一

学生会員

渡部 泰介

１．はじめに粘性土はひずみ速度依存性，二次圧密，クリープ，応力緩和などを示す時間依存性材料である．一般に，ひずみ速度依存性は載荷速度一定の三軸圧縮試験や定ひずみ速度圧密試験から定量化され，二次圧密係数は長期圧密試験
から定量化されるが，ひずみ速度依存性と二次圧密係数は密接に関係している事が示されている 1), 2)．そこで本研
究では，自然堆積粘土を用い，ひずみ速度の異なる非排水三軸圧縮試験と長期圧密試験および段階載荷圧密試験を実施し，ひずみ速度依存性を表す足立・岡モデル 2)のパラメータと二次圧密係数を決定するとともに，これらの関係について検証した．

２．自然堆積粘土を用いた土質試験とパラメータの決定
本研究で用いた自然堆積粘土は，中之島新線整備事業の開削工事
調査位置に伴って，大阪市北区中之島の沖積粘土層（Ma13 層）および洪積粘土層（Ma12 層）からボーリングにより採取された不攪乱自然堆積粘土であり，採取位置を図１に示した．基本的な物理特性や力学特性については省略し，参考文献 3)を参照されたいが，液性限界

WL = 50～80%，塑性指数 I P = 22～51 であり，CH に分類される高図1

中之島新線概要図（駅名は全て仮称）

塑性な粘土である．

2.1 ひずみ速度の異なる非排水三軸圧縮試験とパラメータ m' の決定
実験ケースを表１に示す．深度 GL-14.00m～-14.80m と

表１

GL-18.00m～-18.80 の試料について，標準圧密試験から求まった圧密降伏応力に K 0 = 0.5 を仮定した平均有効応力

深度(GL-m)を超過する初期圧密圧力を設定し正規圧密状態とした．

14.00～14.80
18.00～18.80

十分に圧密した後に，非排水三軸条件下でひずみ速度0.05%/min，0.005%/min の定ひずみ速度圧縮試験を行った．

実験ケース一覧表

圧密降伏 2/3圧密応力
降伏応力(kPa)
(kPa)
240

160199133

三軸圧縮試験
ひずみ有効速度
拘束圧(%/min)(kPa)
0.05200※等方圧0.005
0.05250※等方圧0.005

長期圧密試験
載荷荷重(kPa)（18.0→36.0→72.0→144.0→）290.0（20.0→40.0→80.0→160.0→）320.0

図２，図３に応力～ひずみ関係および有効応力経路を示す．両ケース共に明確なひずみ速度依存性を示した．図４に各平均有効応力レベルにおける，応力比とひずみ速度の関係を示す．この直線の傾きよりひずみ速度依存性のパラメータ m' を決定することができる 2)．GL-14m の試料は単調にひずみ硬化する一方で，GL-18m の試料は明確なピークを持ち，その後ひずみ軟化挙動を示した．図２，図３には，内部構造変化を考慮した足立･岡モデル 4)による

250

200200150100Exp.

500Sim.
14-0.05%/min
14-0.005%/min

150100500051015

Average axial strain(%)

20

Average vertical stress(kPa)

M=1.61

250

200

200

150
100
Exp.

50

Sim.
18-0.05%/min
18-0.005%/min

50

100

150200250

Mean Effective Stress (kPa)

05101520

Average axial strain(%)

150
100
50050

100

150200Mean Effective Stress (kPa)

図３ 実験結果とシミュレーション結果（GL-18m）

自然堆積粘土，ひずみ速度依存性，二次圧密係数〒550-0012 大阪府西区立売堀 4-3-2 （財）地域地盤環境研究所-519-

M=1.70000

図２ 実験結果とシミュレーション結果（GL-14m）
キーワード
連絡先

250

Deviator Stress (kPa)250

Deviator Stress (kPa)

Average vertical stress(kPa)

シミュレーション結果を同時に示している．シミュレーション結果は実験結果を精度良く再現していると言える．

℡ 06-6539-2971

250

3-262

土木学会第61回年次学術講演会（平成18年9月）
0.1

実験ケースは表１に示すとおりである．最終的な長期圧密荷重は段階載荷試験で求まった圧密降伏応力よりも大きく設定し，1 日毎の段階載荷圧密を行い最終荷重段階で 1 ヶ月間載荷した．図５に示すように，時間の対数に対して，間隙比の変化がほぼ一定となった箇所の傾きから二次Strain rate (%/min)

2.2 長期圧密試験と二次圧密係数の決定
m’=15.66m’=
20.83

0.01

GL-14m
GL-18m

圧密係数 Cαe を決定した．また，別試料で行った段階載荷圧密試験より0.001

圧縮指数 CC ，膨潤指数 CS を決定した．

0.60.8

11.21.4

Stress ratio

３．ひずみ速度依存性パラメータと二次圧密係数の関係

m' の決定（同じ平均有効応力における応力比～ひずみ速度の関係）

図４

ひずみ速度依存性パラメータ m' と二次圧密係数 Cαe および圧縮指数

CC ，膨潤指数 CS の間には，次式のような関係がある 2)．
m' =CC − C S········································································· (1)Cαe

パラメータ m' は，三軸せん断条件においては値が小さいほどひずみ速度が変化することによる強度の差異が大きく，
圧密条件においては，値が小さいほど二次圧密係数 Cαe が大きい．いずれの条件においても m' が小さいほど時間依存性挙動が顕著であることを示す．ここで，式(1)を用いて二次圧密係数 Cαe ，圧縮指数 CC ，膨潤指数 CS からひずみ速度依存性パラメータ m' を算定すると表２のようになる。双方から得られた m' には差があるが，Leroueil ら 1)はMesri and Godlewsiki5)のデータなどから m'= CC / Cαe と定義し，有機質土，粘土，シルトの代表的な値として m' = 14～33 を示しており，本研究で得られた m' は双方ともこの範囲内である．ただし，本研究は正規圧密状態での議論
p

1.300
1.280
1.260
1.240
1.220
1.200
1.180
1.160
1.140
1.120

Cαe=0.022

圧密圧力p 320.0kN/m

圧密圧力: 320kPa
GL-18m1.550

圧密圧力: 290kPa
GL-14m1.500

Void ratio

Void ratioであり，二次圧密係数は載荷レベルや載荷時間によって値が異なるため，更なるデータの蓄積と研究が必要である．

1.450
1.400

Cαe=0.026

1.350
1.300
1.250

00.1

110100100010000

1000000.10110time （min）

図５100100010000

100000time （min）

長期圧密試験結果と二次圧密係数 Cαe の決定

４．まとめ
自然堆積粘土（沖積粘土）を用いてひずみ速度の異なる非排水三軸圧縮試験と長期圧密試験を実施
し，ひずみ速度依存性パラメータと二次圧密係数を決定した．その結果，三軸試験と長期圧密試験との双方からひずみ速度依存性を表すパラメータ m' を

表２

二次圧密からの m' と三軸試験からの m' の比較

深度 (GL-m)

Cc

Cs

14.00～14.80
18.00～18.80

0.53 0.079
0.83 0.131m'm'
長期圧密 三軸試験
0.022
20.5115.66
0.026
26.89
20.83
Cαe

評価できることを確認した．長期圧密試験は試験時間が長時間にわたるが，ひずみ速度を変化させた三軸圧縮試験は比較的短時間で実施可能である．今後，ひずみ速度依存性と二次圧密係数のデータが十分に蓄積され，2 つのパラメータの関係が整理されれば，ひずみ速度依存性から二次圧密係数を予測する事が可能となる（その逆も可能）．

謝辞
本研究で用いた粘土試料は，中之島高速鉄道㈱，京阪電気鉄道㈱，大成･戸田･鉄建･熊谷 JV よりご提供いただいたものであり，この場をお借りして厚く御礼申し上げます．
参考文献
1) Leroueil, S. and Hight, D.W. (2003), Behaviour and properties of natural soils and soft rocks, Characterisation and Engineering Properties of Natusal Soils,
Tan et al. (eds.), Vol.1, pp.29-254., 2) Adachi, T. and Oka, F. (1982), Soils and Foundations, 22(4), pp.57-70., 3) 渡部･肥後･長屋･岡 (2006), 地盤工学研究発表会，鹿児島, CD-ROM., 4) Kimoto, S., Oka, F., and Higo, Y. (2004), Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 193, pp.3845-2866., 5) Mesri, G. andGodlewski, P.M. (1977), Time- and Stress-compressibility interrelationship, Proc. ASCE, 103, GT5, pp.417-430.

-520-