礫含有量を考慮した幅広い粒径を含む埋立土の液状化評価手法

1.はじめに地盤工学研究室

中村幸太朗

指導教員豊田浩史含む）を中心とした砂礫層が 10m 程度続いており，既に多くの研究が行われ液状化特性の解明がその後は砂岩主体の SS 層が続く．また，地下水位進められてきた砂質土に比べ，粒径分布が広く，は地表面から約 2.7m 程度の位置にあると推測さ礫分まで含んだ土に関しては未だ未解明の部分れる．

が多いためこのような地盤の液状化強度特性を解明することは非常に重要である．本研究では，礫含有量を考慮した幅広い粒径を含む埋立土の液状化評価手法を構築するための第一歩として，近年施工された和歌山県有田郡広川町沿岸域を埋め立てることによって造成された地区を対象とした現地調査を行い埋立地盤の特性を見出すとともに，実際に埋立工事に使用された粒径分布の広い礫分を含んだ土試料を用いた各種室内試
験を実施し，強度・変形特性および液状化強度特性を求めることを目的とする．そして，現地調査および室内試験の結果を総合的に考察し，埋立土の液状化評価を行う．
2.埋立地概要
広川町は，和歌山県のほぼ中央に位置し，広川町の沿岸域の広湾を埋立ててできた埋立地は，湯浅御坊道路建設のトンネル掘削時に発生した掘削残土を主な埋立材料として建設され，平成 5 年に着工し同 7 年に完成した．この埋立地の北側には町役場，町民体育館，保険福祉センターや町民多目的広場など中枢機関が設置され，南側は平成9 年以降住宅地として利用されている．Fig..2.1 に埋立地盤のボーリング柱状図および地質断面図を示す．当該地盤は，地表面から約 5m ほど埋立土の FL 層が広く分布している．この埋立層は主に砂質粘土で構成されているが Φ300mm 程度の以上の岩塊なども多く混入している．それ以深，傾斜した薄い粘土層を挟んで砂や礫（玉石混じりもFig.2.1 広川町埋立地の地質断面図

3.現地踏査埋立地の北側では，建物重量が大きい公共の施設が多数建設されている．現地踏査より，広川町役場を中心に Fig..3.1 に示すような著しい陥没が建物周辺に連続的に発生しており，地盤沈下に伴って発生したと考えられる，壁の損傷，床に敷設されたタイルの剥がれ等が多数散見された．一方
南側では，主に公園や住宅地として利用されている．住宅地では，建築面積が大きく 2 階建ての住宅が多く建築されており，比較的重量の大きいものであるにも係わらず，地盤改良・補強がされていない住宅が多く見られた．
4.現地調査（1）埋立土のサンプリング
室内試験に供するための試料は，埋立地盤の埋立土を直接採取する許可が町役場から得られなかったため，当該地盤を建設する際，埋立土のストックヤードとして利用された風力発電所（埋立地の南西約 1km）の敷地近傍の中から乱れが比較的少ない場所を選定し，埋立土の残土をスコップ，ツルハシを用いてサンプリングした．サンプリン
グした試料はビニールでくるんだ土嚢袋に詰め，常温で保管した．
（2）原位置試験
埋立地盤の深さ方向の硬さや密度等地盤特性を調べるため，原位置におけるスウェーデン式サウンディング試験（以下，SWS 試験という）および砂置換による現場密度試験を行った．Fig..4.1 にFig.3.1 広川町役場周辺の地盤変状

原位置試験を実施した調査地点および調査項目をまとめたものを示す．埋立地盤の特性を面的に掴むため，SWS 試験を南北方向に 2 列，Fig..2.1に示したボーリング調査データが得られている箇所を交差するように東西方向に 1 列実施するよう計画した．また，地盤の現場密度試験は，そのばらつきを見るため北端の 2 箇所，中央部東西方向に 3 箇所，住宅地中央（図中 SWS9 地点）に分けて実施した．SWS 試験の結果，全ての測点において深度 2m 以内で礫当たりにより換算 N 値が 50以上を示し，一部を除いて液状化に対する抵抗力を十分有する地盤であることがわかった．現場密度試験の結果，各調査地点の現場乾燥密度が 1.712〜1.263 g/cm3 の範囲で大きく異なったが，SWS2の地点で埋立土と同様の物理的性質を有する土
Fig.4.1が地表部に存在していたため，この地点で観測された現場乾燥密度 1.624g/cm3 をこの地盤の代表値
5．埋立土の物理的性質
Fig..5.1 に現地より採取した埋立土（以下，広川土という）の粒径加積曲線を示す．広川土は，細粒分を多く含み，礫を含む様々な土粒子が混在しており，均等係数が大きく，間隙比の変化する幅が大きいため，圧縮性に富んだ土であることがわかる．また，一般的に液状化の可能性があると言われている粒径範囲にその大部分が含まれていることがわかった．

100
Grain size distribution
percentage finer by weight (%)とすることとした．

原位置試験調査位置図

80

Max grain size 2mm
Hirokawa soil
特に液状化の可能性

60

Hirokawa soil

液状化の可能性40

Masado20Toyoura sand00.0010.010.11Grain size (mm)Fig.5.1 粒径加積曲線

101006 埋立土の液状化特性

Fig..6.1 に有効応力経路，Fig..6.2 に応力−ひずみ（1）試験方法

関係を示す．Fig..6.1 より，広川土の場合，繰返し埋立土の液状化特性を求めるため，現地より採載荷初期では，間隙水圧の増加ともにせん断ひず取した土試料を用いて飽和非排水繰返し三軸試みも除々に増加しており，間隙水圧およびせん断験を行った．試験は，供試体の相対密度および礫ひずみの急激な増加は見られない．また，最終的含有量を変化さ せたケース に対して，背 圧をに有効応力が 0 に至らず，10kPa 程度の有効応力200kPa 載荷し，p´=100kPa，軸ひずみ速度 0.1%/minが残る．一方，豊浦砂の場合，繰返し載荷初期での条件で，繰返しせん断を行った．なお，試験は，間隙水圧が除々に増加しているが，せん断ひずみひずみ制御で行い，軸ひずみ DA=5%に達した段はほとんど進展していない．しかし，繰返し載荷階で終了した．試験ケースを Table.6.1 に示す．

が進むと急激に間隙水圧が上昇し，それに伴いせ（2）供試体作製方法

ん断ひずみも大きく進展している．そして，最終試験で用いた供試体は，現場密度試験で得られ3的には有効応力が 0 になり，サイクリックモビリた埋立地盤の乾燥密度 ρd=1.624g/cm を基準とし，ティーに至っていることがわかる．Fig..6.2 より，試験で対象とする礫含有率に応じて補正 1)した乾

サイクリックモビリティーに至った後の挙動で燥密度 ρd’から算出した間隙比を初期条件としては，広川土の方が豊浦砂よりもせん断ひずみの進与えた．各試料における礫補正された乾燥密度を展が小さいことがわかる．また，両試料ともに圧Table.6.2 に示す．

縮側より伸張側の方が，せん断ひずみが進展して本研究では，含水比を調整してから突固めを行いる．このように，豊浦砂と広川土の繰返し載荷

う湿潤締固め法を用いた．供試体は円柱形で，直における間隙水圧やせん断ひずみの挙動の違い

径 5.05cm，高さ 12cm を標準とし，含水比を 12%

は，塑性のある細粒分（粘着成分）が大きく影響程度に調整後，10 層に分け，突き棒で所定の間隙していると考えられる．
Table.6.1比になるように突き固めた．広川土を用いた試験では，最大粒径 2mm，4.75mm，9.5mm に粒度調試料整した供試体の 3 種類と，供試体作製時に意図的に礫分で分級させた 2 種類（最大粒径 4.75mm，最大粒径Gmax(mm)2.00

広川土

4.759.5mm）の計 5 種類の供試体を用いて行った．分

9.5級構造を有する供試体を作製する場合，予め 2mmふるいを用いて，礫分（2mm 以上）とそれ以外の試料（2mm 以下）に分級させておいた試料を 2 種

豊浦砂

0.425

Table.6.2

類用意し，粒径加積曲線から求められる礫含有率に応じて計算された重量の試料を，礫以外，礫，試料礫以外の順で詰め 3 層構造にする方法で行った．
また，最大粒径 4.75，9.5mm の供試体を作製する場合に限り，メンブレンぺネトレーションの影響を低減するために，供試体表面に 425μm 通過試料を薄く塗布して，表面を平滑に処理した．

広川土

試験ケース

試料の状態
中詰め
密詰め
非分級
分級
非分級
分級
ゆる詰め
中詰め
密詰め

間隙比
e0.978
1.298

礫含有率
Gc(%)

0.878

9.30.808

17.50.834
0.754
0.676

00

各試料における礫補正された乾燥密度
最大粒径Gmax(mm)

礫分補正した乾燥密度3ρ d (g/cm )

2.00

1.382

4.75

1.456

9.5

1.512

②相対密度の違いによる液状化強度
Fig..6.3 に広川土の初期相対密度の異なる 2 種類（3）液状化特性の供試体の繰返しせん断応力比と繰返し載荷回①繰返しせん断挙動数の関係を示す．図示したデータは DA=5%につ60いてまとめたもので，広川土は最大粒径 2mm を，

Hirokawa soil and Toyoura sand,Triaxial cyclic test

40Deviator stress, q (kPa)

また参考値として豊浦砂の Dr=40，60，75%を示した．なお，初期相対密度として供試体作製時の相対密度を示しているが，広川土においては，飽和・圧密過程を経ることにより，せん断前にはほぼ同じ相対密度となった．Fig..6.3 より豊浦砂は初200-20期相対密度の増加に応じて RL1 が増加傾向を示し-40

Toyoura sandHirokawa soilているのに対し，広川土では，初期相対密度が増-60加しても液状化強度はほぼ同程度を示すことが020Deviator stress, q (kPa)

200-20Toyoura sand-40

ける分級構造有り・無しおよび最大粒径 4.75mm

Hirokawa soil

における分級構造有り・無しの試験結果を示した．

-60-10Fig..6.4 より，両供試体とも分級構造が有る方が無-50.380ることがわかる．繰返し回数 20 回の時の繰返し
せん断応力比 RL1 で比較すると，最大粒径 9.5mm

粒径 4.75mm においては，分級構造無しの場合RL1=0.182，分級構造有りの場合 RL1=0.173 であった．これは，分級構造により，礫部分の粘着成分が無くなり，そこが弱面になったことが要因の一

Fig..6.5 に各試料における繰返し載荷回数 20 回時の礫含有率と繰返しせん断応力比の関係を示

10−： Toyoura sand−： Hirokawa soil (G m ax=2mm)
Dr i =75%

Dr i =60%
0.260

0.200
Dr i =50%

Dr i =100%0.140

つと考えられる．
④礫含有率の違いによる液状化強度50.320Cyclic stress ratio, σ d/2σ 0'構造有りの場合 RL1=0.175 であった．一方，最大0Shear strain, ε s (%)

Fig.6.2 応力−ひずみ関係い方に比べ，液状化強度が僅かながら減少していにおいては，分級構造無しの場合 RL1=0.188，分級

120

Hirokawa soil and Toyoura sand,Triaxial cyclic test

40

しせん断応力比と繰返し回数の関係を示す．なお，図示したデータは，広川土の最大粒径 9.5mm にお10060

砂の Dr=60%の液状化強度とほぼ同程度であった．

構造の無い供試体において DA=5%における繰返80Fig.6.1 有効応力経路が考えられる．また，広川土の液状化強度は豊浦

Fig..6.4 に広川土の分級構造の有る供試体と分級

60

Effective mean principal stress, p ´(kPa)わかる．これは，広川土に含まれる細粒分の影響③分級構造が液状化強度に与える影響

40Dr i =40%
0.080
1101001000

Number of cycles to liquefaction, N
Fig.6.3 広川土の液状化強度

す．礫含有率は，最大粒径 9.5mm で 17.5%，最大RL1=0.180，最大粒径 4.75mm では RL1=0.182 であ

粒径 4.75mm で 9.3%，最大粒径 2mm で 0%であり，った．この 2 つと最大粒径 9.5mm のものを比較しDA=5%における試験結果を示した．Fig..6.5 より礫ても，最大粒径 9.5mm の方が僅か大きい程度であ含有率が増加しても液状化強度はあまり変化しる．一般に礫分を多く含んだ地盤は，乾燥密度・ていないことがわかる．最大粒径 2mm では，均等係数が大きいため繰返しせん断に対する抵

Max grain size 9.5mm (uniform)
Max grain size 9.5mm (stratified)
Max grain size 4.75mm (uniform)
Max grain size 4.75mm (stratified)

0.25

抗力が強いことや地震動によって間隙水圧が発Cyclic stress ratio, σ d/2σ 0'

生しても透水性が高いためすぐに排水されるな
どいったことから液状化に対する抵抗力が強いとされているが，粒径幅の広い試料において，液状化強度は，礫分が含まれてもそれほど強くならないことが明らかとなった．
7.埋立土の液状化評価

0.2

0.15

原位置試験(SWS 試験)の結果をもとに道路橋示方書から算出した換算 N 値 Na と繰返し三軸試験

0.11

か ら 求 め た 繰 返 し 液 状 化 強 度比 RL の 関 係をFig..7.1 に示す．Fig..7.1 より，繰返し三軸試験からる貫入抵抗値を調べた．Fig..7.2 にコーン貫入試験機を示す．コーン貫入試験は載荷台を上昇させることによりモールド内に詰めた供試体にコーンを連続的に貫入させる方法で行った．試験で用いた供試体は，最大粒径を変化させた（2mm，9.5mm）
2 種類とした．Fig..7.3 にコーン貫入状況の写真，

C yclic stress ratio, R L1

そのため，コーン貫入試験において礫分混入によ1000.200

0.180

0.160

0.1400Fig..7.4 に試験で用いたコーン先端形状の模式図

5100.6▲：繰返し三軸試験■：原位置試験

試体ともにコーンの貫入量の増加に伴って貫入力が増加していることが分かる．また，貫入量繰返し液状化強度比 RLに分け，三軸圧縮試験で設定した間隙比と同様のに貫入力と貫入量の関係を示す．Fig..7.5 より両供

20Fig.6.5 繰返しせん断応力比と礫含有率の関係

ルドを使用し，含水比を 12%程度に調整後，5 層e=0.808）になるよう突き固めて作製した． Fig..7.515

Grain content, Gc (%)

を示す．供試体は，φ10cm×12.7cm の鋼製モーもの（最大粒径 2mm：e=0.978，最大粒径 9.5mm：1000

Fig.6.4 分級構造有り・無しによる液状化強度0.220

求めた Na1 および RL1 より原位置試験結果から求めた Na および RL の方が値が大きいことがわかる．

10

Number of cycles to liquefaction, N

0.50.40.30.2

道路橋示方書より求めた曲線0.138.5mm の時の貫入力をコーン底面積で除して求められるコーン指数 qc は qc9.5/qc2.0=1.7 と礫含有量が多い最大粒径 9.5mm の供試体のコーン指数が大きい値を示すことが分かった．コーンを 60mm

00102030

換算N 値 Na

Fig.7.1

Na と RL の関係貫入させたときのコーン指数 qcr は，qcr9.5/qcr2.0=1.5

繰返し三軸試験結果から貫入抵抗値と Na が比となった．以上のことから，2〜9.5mmの礫が 17%例関係にあると仮定し，コーン貫入試験から原位程度入ることにより，貫入抵抗力が約 1.5〜1.7 倍

置試験の Na を 1/1.7 倍した結果，繰返し三軸試験となることが分かる．

結果の Na1 および RL1 の値に近づいた（Fig..7.6）．また，原位置試験の結果から Na を算出する際，道路橋示方書においては用いた試料が砂質土であるる礫質土の判定基準として，D50 での判定の他に，と判定され，砂質土の場合の算出式で Na を求めた

礫含有量による規定を設けることが必要である

結果，Fig..7.1 のように値に大きなばらつきが見らと考えられる．

れた．そのため礫分が混入していることを考慮し， 参考文献
礫質土として Na および RL を算出した結果，繰返1) （社）地盤工学会：地盤調査の方法と解説，

し三軸試験結果の Na1 および RL1 の値に近づいた

p.557，2004.

（Fig..7.6）．
8.結論
本研究で得られた知見を以下に示す．
1) 飽和非排水繰返し三軸試験を行った結果，広川Fig.7.3

土の液状化強度は豊浦砂の Dr=60%とほぼ同程

コーン貫入状況度あり，強振動の地震を想定した場合，液状化φ20mmの可能性がある．
38.5mm2) 粒径の揃った砂では，供試体作製時の締固めにより密度を大きく変化させることができ，この密度が液状化強度に大きな影響を及ぼすが，細Fig.7.2

粒分を多く含む土においては，供試体作製時の締固めより，飽和と圧密により密度が大きく支め管理は，液状化防止より，圧密沈下抑制効果が強い．
3) 礫分を含む幅広い粒径をもつ土において，乾燥密度が同じ供試体では，礫分とそれ以外で分級構造をつけると，液状化強度は少し小さくなる．

G c=17.5%

1000750500

Gc =0%

25000

り，液状化強度が低下したためと考えられる．

100.66) 広川土のように粒径分布が広い土においては，
D50 の値は小さくなってしまうが，貫入抵抗は礫分とともに確実に増加するため，礫質土としての繰返し液状化強度比 R L化しない．

い．

40506070▲：繰返し三軸試験■：原位置試験(コーン貫入試験からの補正)■：原位置試験(道路橋示方書からの補正)

0.50.40.30.20.100

判定しなければ，液状化強度が過大に評価される結果を示した．したがって，道路橋示方書におけ30

Fig.7.5 貫入力と貫入量の関係

20%程度まで増えても液状化強度はそれほど変が，必ずしも液状化抵抗が増加するとは言えな

20

Penetration displacemnt, δ (mm)4) 幅広い粒径をもつ土において礫分が質量で場合，礫の存在により貫入抵抗値は大きくなる

コーン寸法

1250

これは，礫部分で粘着成分がなくなることによ

5) 礫を多く含む地盤において原位置試験を行う

Fig.7.4

1500

Penetration force, P (N)配される．つまり，細粒分を多く含む土の締固

コーン貫入試験機

15°102030換算N 値 Na

Fig.7.6

礫含有量を考慮した Na と RL の関係