リングせん断試験装置の改良とその効果の検討
地盤工学研究室

MAZRAN BIN ZAINONDIN

指導教官

杉本光隆

豊田浩史

1.はじめにために開発された。残留強度とは土に大変位が起こった後、最大せん断応力より小さく、かつ一定の値に落ち着いたせん断強度をいう（図１

せん断応力

リングせん断試験装置は残留強度を測定する

残留強度τr参照）。この装置は若干の改良によりその測定精度も向上し、研究はもとより実務でも用いられ変位ている。ここでは、リングせん断試験装置の改図１

良とその効果について報告する。
2.リングせん断試験装置の特徴

残留強度

Normal force

試験装置の基本的な構造は、上下に重ねたリ

Upper ring

ングで環状供試体を外側と内側の両方から拘束
Shear force

し、土に垂直応力を作用させながら、円周方向にせん断力を加えるものである。繰返し一面せん断とは異なり、連続的に大変位を与えること

Lower ringができるため、せん断面の状態を原位置に近いSlip surface

状態で再現できる。また、せん断中に供試体の断面積が変わらないことから地すべりでの残留

図2

リングせん断試験の原理強度を求めるために使われる。
3.改良前のリングせん断試験の問題点

フリクション測定用
ロードセル

本研究室には Bishop1)が考案したリングせん

トルク測定用ロードセル

断試験装置を参考して新たに製作したリングせん断試験装置がある。しかし、このリングせん断試験装置にはいくつかの問題点が挙げられる

トルク伝達用アーム（図 3 参照）。以下にその問題点を示す。

周面リング・周面リングの摩擦が大きい。

供試体

リングせん断試験装置では供試体が常に周面リングに拘束されているため、供試体と周面リ有効鉛直応力とトルク測定用ロードセルングとの間に摩擦が生じる。この摩擦が大きい

鉛直応力測定用
ロードセルと,せん断面に均一な鉛直応力が作用しなくなる。この問題を解決するため、周面リングにテフロンコーティングを施した。

図3

リングせん断試験装置

・周面リングがせん断中に傾く。

15cm

改良前のリングせん断試験装置では、せん断10cmに伴い周面リングが傾いた。このことにより、せん断面における正確な応力測定が困難になる。

3cm

また、大きめに周面リングを開ける必要が生じるため、供試体漏出の問題も発生する。この問題を解決するため、周面リング固定の剛性をあ

図4

供試体の寸法げた。
・せん断面上の応力を直接測定できない。
改良前のリングせん断試験装置では鉛直応力測定用ロードセルによって鉛直荷重を測定し、フリクション測定用ロードセルによって摩擦を測定する。これらのロードセルの測定値を引いた値からせん断面上の応力値を計算する。そこで、せん断面上の応力を直接測定できるように

6.試験結果6.1

図 5 は改良前後のせん断中におけるせん断応力の変化を示す。ピークで約 20kPa の差がみられる。この大きな差の要因として次のことが考えられる。
① 周面リング摩擦の影響

供試体の下部に新たにロードセルを設置した。

② 周面リングの傾き

4.本研究の目的
本研究の目的は改良された試験装置で行われたせん断試験を改良前のせん断試験の結果と比較し、その計測精度の正確さや試験装置の性能を評価する。

以下にそれぞれについて詳しく検討していく。
6.2

周面リング摩擦低減についてンコーティングを施した。図 6 は改良前後でせ試験方法

ん断中におけるフリクションの変化量を示す。

（1） 供試体を成形する（図４参照）。
（2） 供試体をリングせん断試験装置にセットし、圧密させる。
（3） 上周面リングを引き上げ、隙間を開ける。
（4） せん断速度 0.03 degree/min で定圧せん断試験を行う。
（5） 本研究では米山粘性土を試料として用いた（表１参照）。

ρs③ 正確な応力の測定

摩擦を低減するために、周面リングにテフロ5.試験方法

表1

改良前後のせん断応力−変位関係

その値は約半減している。これは周面リングをテフロンコーティングすることによって摩擦の影響を低減することができたと考えられる。
6.3

周面リングの傾きについて

図 7 と図 8 はせん断中の周面リング垂直変位を示している。改良前ではせん断とともに周面リングが傾いていることがわかる。それに対し

米山粘性土の物性値

WIIP

ClaySilt

Sand(g/cm3) (%)

(%)

(%)

(%)

(%)

2.746

22.5

23.6

57.0

19.452.4

改良後の変化量と改良前の変化量を比較すると、て改良後ではせん断中にほぼ一定の値を保っていることがわかる。したがって、周面リング固定の剛性をあげたことによって、せん断中に周面リングが傾かなくなったといえる。

180160

改良後

6.4

測定方法による差異（鉛直応力）

従来の測定方法では鉛直応力を鉛直応力測定用ロードセルとフリクション測定用ロードセル

shear stress (kPa)140
120100

改良前

806040で測定する。新規測定方法では新たに供試体の20下部に設置した鉛直応力測定用ロードセルで鉛005直応力を測定する。図 9 により、従来と新規の10

図5

測定方法の結果はほぼ同じ値を示すことがわか500

測定用ロードセルとフリクション測定用ロード

400

セルでもせん断面上における鉛直応力を正確に300friction (N)る。よって、従来の測定方法、つまり鉛直応力求められることがわかった。

1520rot angle (deg)253035

せん断中のせん断応力の変化

改良前

200
1006.5

測定方法による差異（せん断応力）

改良後
0

従来の測定方法とはトルク伝達用アームに介-100してトルク測定用ロードセルで測定する。新規

05101520
rotation angle (deg)2530353035の測定方法により改良後で新たに供試体の下部
図6に設置したトルク測定用ロードセルで測定する。
2 つの測定方法により、せん断応力はどのよう-0.4-0.35

つの測定方法によりその結果は異なっているこ-0.3

クでの差は約 1 割であることがわかった。この差の要因を解明するために、異なる鉛直応力下

vertical disp. (mm)に変わるのかを検討する。図 10 で示すように 2とがわかる。2 つの測定方法を比較するとピーせん断中のフリクションの変化量

ring 2-0.25-0.2-0.15-0.1で検定試験を行った。その結果、鉛直応力が小-0.05

さいときは測定方法による差は見られなかった

ring 100が、鉛直応力が 100kPa を越えると有意な差が5101520
rotation angle (deg)25

見られはじめた。次に、この検定試験の値を用
図7いて、図 10 を補正した結果を図 11 に示す。図

改良前のせん断中の周面垂直変位-0.4のように、ほぼ補正することが可能であるが、-0.35

正確な検定は難しいことより、新規の測定方法置されたボールベアリングの摩擦が影響していると考えられる。

vertical disp(mm)-0.3を用いる方が望ましい。この要因は加圧盤に設

ring 2ring 3-0.25-0.2-0.15-0.1
ring 1-0.05005

図8101520
rotation angle (deg)2530

改良後のせん断中の垂直変位

35220
新規215

新規試験装置における実験の再現性について新規試験装置を用いて実験の再現性について調べた。図 12 はせん断中のせん断応力を示す。

210

effective stress (kPa)

6.6

205
200195

従来

190185180

この図ではどちらの結果でもほぼ同じであるこ175170とがわかる。よって、新規試験装置を用いた実0510験には十分再現性があることが確認できた。

1520253035303530

35

rotation angle (deg)

7.結論

図9

せん断中の有効鉛直応力

本研究で得た知見を以下に示す。
① 周面リングをテフロンコーティングするこ

160とにより、摩擦の影響を低減することがで

140② 改良によって、せん断中の周面リングの傾きが小さくすることができた。

shear stress (kPa)

きた。

新規

120100従来

806040③ 従来のせん断応力測定方法ではボールベア20リングなど摩擦により正確なせん断応力が0測定できない。

0510④ 改良した試験装置において、実験の再現性
図 10が確認された。
8.参考文献measurement of residual strength, Geotec-25

せん断中のせん断応力
新規

140shear stress (kPa)shear apparatus and its application to the201601）A.W. Bishop, G. E.Green, V. K.Garga, A.
Andressen and J. D. Brown: A new ring

15rotation angle (deg)120100従来

806040hnique, Vol. 21, No. 4, pp 273-328, 1971.

2000510152025rotation angle (deg)shear stress (kPa)

図 11補正したせん断中のせん断応力

180160140120100806040
2000510152025

rotation angle (deg)

図 12

せん断中のせん断応力

3035