第35回 夏季研修会論文集 2014/11/08

盛土材料の内部摩擦角について
神門 誠
1．まえがき
現場発生土を構造物や補強土壁の裏込め材として用いるため、大型一面せん断試験機（60㎝×60 ㎝×上箱 10 ㎝）によって裏込め材料（礫質土）の強度（C,φ）を求め、文献資料からの強度推定と照合した。
一般に礫質土の室内試験は、現位置の粒度と相似な粒径に調整し、小さい粒径での供試体で行うか、粒径の大きい部分を取除いて供試体を作成し、試験に供している。
設計を行う場合、現場により近い形の材料でせん断試験を実施し強度設定すべきであるが、大型試験となるため労力や試験費が高く、実施されず文献から推測しているのが実状である。
施工の品質管理としては、設計条件を満足しているか確認する必要がる。地盤強度に支配される工作物については、実際に合った方法で強度確認をすることが重要である。特に補強土壁、高擁壁、重要な構造物については、ただ安全であれば良いと言うこと（過大設計に成りがち）で低めに設定して逃げているように思える。裏込め材の強度（C,φ）を確認して、構造物の品質度合いを把握して安全性に対する自信を持ちたいものである。

2．現場発生土の粒度組成及び締固め特性
現場発生材の粒径加積曲線図と締固め曲線図を下記にまとめる。

凡例

発生土粒径加積曲線図①：名賀小残土②②：54k720 付近③③：54k950 付近④：55k180 付近⑤：里道 BOX-C⑥：盛土材製造⑦：盛土材（スク）⑦⑥①④⑤

締固め曲線

凡例④①：名賀小残土⑥②：54k720 付近①⑤⑦③：54k950 付近④：55k180 付近⑤：里道 BOX-C②⑥：盛土材製造③⑦：盛土材（スク）

粒径加積曲線図より現場発生土は、礫質土で「細粒土混じり礫 GS-F」に判別される。
試験結果より均等係数 Uc と曲率係数 Uc´について下表に示す。
試料番号

場所

均等係数 Uc

曲率係数 Uc´①

名賀小残土

20.6

2.4②54k720 付近

9.10.8③54k950 付近

（72）

（1.8）

④55k180 付近

66.3

4.6⑤

里道 BOX-C

116.9

3.7⑥

盛土材製造

89.8

2.0⑦

盛土材製造（スクリーン）

（116）

（1.5）

（）は曲線を延長し推定した値
均等係数は②を除けばいずれの材料も 10 以上を示し「粒度分布の良い」材料の範疇に属す。曲率係数からは②、④、⑤を除けば Uc´=1〜3 の条件を満足し、両方の条件を満足しているため「粒度分布の良い」材料に属す。
（資料の図-2.3.4 参照）
但し、②、④、⑤の材料は、均等係数が 4〜5 以上なので一般の礫質土と言える。

文献：土質試験の方法と解説（土質工学会編）P63
次に締固めについて、締固め曲線は大きく 2 ブロックに分類されるが、締固め乾燥密度の低い「②,③」は細粒土分が若干多いことや砂分が多いことによる。
自然含水比（Wn）と最適含水比（Wopt）の関係は、いずれも Wn が Wopt 付近であり、締固めた状態は最適条件にあると言える。
締固め施工に関しては、自然含水比が締固め基準 90%ρdmax の範囲内にあり、締固め基準内の品質確保に対しては容易な材料である。
3．文献による補強土壁の盛土材料強度の推定
補強土壁の盛土材として活用できる材料は、設計条件からφ＝30°以上の土質材料である。
文献：「補強土工法」土質工学会編 P199 の表-1.9 から推定すると

設計条件「φ＝30°」は安全側に配慮され、一般的な標準値を採用して設計されている。
「φ=30°」は上表から「粒度の悪い砂質土」に相当する値に属する。
次に文献：「設計用地盤定数の決め方-土質編-」地盤工学会 P36 のせん断強度の決定方
法の項の図-2.2.21 より推定すると、締固め試験結果から間隙比は 0.4〜0.6 程度であり、図中の「SP,SW」の範疇に属することになる。図中の％表示は相対密度を表している。
相対密度：Dr=emax-e/emax-emin の式で求められる。
ここにe は締固めた状態の間隙比を示す
emax,emin は土の締固め状態の最大値と最小値の間隙比を示す
100％に近づくほど締固めが密な状態、0％になるほど締固めは緩い状態を表す。
図より言えることは、粒子が細粒化になるほどあるいは細粒分が多く含まれるほど細粒土の影響を受け、せん断強度は低下傾向を示す。

以上より、本工事で使用する発生土は細粒土を含む礫質土であり、締固め密度や間隙比等から推測すると Dr=50%以上の締固め度は期待できるので「φ≒35°」程度は期待できる。最悪でも「粒度の悪い砂質土」の範疇に相当したとしても設計条件「φ=30°」を満足する土質と判定される。
4．大型一面せん断試験結果
試験方法についての概要を以下に示す。
①試験条件
試験材料：⑥、⑦の盛土材製造箇所材料
供試体の乾燥密度：ρd=17.87kN/（締固め度 90%ρdmax=19.85kN/ ）供試体の含水比：11〜13%
最大粒径：6 ㎝
せん断枠：60 ㎝×60cm×上箱 10 ㎝
最大鉛直荷重：196.94KN/㎡（盛土高約 10m に相当）

載荷荷重：3 段階②試験方法の概要
・下箱に試料を詰める。試料を 3 層に分け、予め測定した現場密度になるように締固める。
・上箱に試料を詰める。試料は 2 層に分け詰める。上下箱の試料のなじみを良くするために 1 層終了後、振動バイブレーターをかける（深さ 10 ㎝程度、計 20 箇所）。
・確実に鉛直荷重が試料に加わるように緩衝材を試料の上に置き、載荷板を設置。

・ロードセル、鉛直荷重ジャッキをセットし、所定の荷重をかける。
・水平荷重をかけ、せん断力がピークを過ぎてから適当な所まで測定する。
・同時に鉛直変位、水平変位を測定する。
・上記過程を上箱試料と鉛直荷重を変えて 3 回（11.6，36.3，70.9KN）行う。
③試験結果
試験結果を下記に示す。

大型一面せん断試験結果
検討ケース

ケース１

ケース２

ケース３

鉛直荷重

kN

11.6436.30

70.90

水平荷重

kN

12.9931.4556.78

ケース１ケース２

ケース３

検討ケース
鉛直応力

kN/m2

32.33

100.83196.94

せん断応力

kN/m2

36.08

87.36

157.72内部摩擦角

φ度

36.51

粘着力

ｃ

kN/m2

12.19

上図のように盛土材製造箇所の試料は、「φ＝36.5°」が得られ、文献資料から推定した値にほぼ合致し、設計強度φ=35°以上が得られる土質材料であると言える。
5．あとがき最近の設計計算書を見ると軟弱地盤以外の土質定数は土質試験からの設定ではなく、文献資料を参考にして設定されていることが多い。設計者は実際に土に触れていることが少なく、土質定数を低めに採用して安全側に決めている。土木工事施工では、品質管理として確認する必要があるが、同様な方法で確認されていないのが実情である。土木工事では現場発生材を活用するため土の特性を把握し、現場・室内実験等で確認して、適正な土質定数であるかチェックして進めることを望みたい。
島根大学医学部のシュミレーター装置を見学する機会の時、医学部では現実の現象について、物体を模擬的に再現する機能を持ったシステム装置を使用して、様々な条件下での実験や訓練が行われている。弊社の専務の方で模型を活用した方法で分かりやすく土木を紹介している。我々コンサル技術者は社会的にも土木医的な立場にあるため、文献等の知識だけでなく、実際の現象を体験することや現象、疑問な点等を模擬実験や室内実験等で確認しながら技術を研鑽する必要がある。