繰返し繰返し載荷による載荷による不飽和砂質土による不飽和砂質土の不飽和砂質土の強度特性

2． 試験試料の試験試料の物性値と物性値と供試体作成方法
本研究には旧山古志村小松倉および楢木の斜面崩壊箇所より採取した試料を用いた．これら 2 種類の試験試料の密度と粒径加積曲線を図‐1 に，水分特性曲線を図‐2 に示す．図‐1 の密度と粒径加積曲線
より小松倉砂と楢木砂は両試料とも密度が2.653g/cm3 であり，砂が大部分を占めているのがわ
かる．細粒分は小松倉砂が約 10％，楢木砂は約 19％含まれており，少し多めである．また小松倉砂の最小・最大間隙はそれぞれ 0.663 と 1.143 であり楢木砂はそれぞれ 0.676 と 1.207 であった．
試料は供試体作製の効率上，2mm ふるい通過分を使用した．楢木砂, 小松倉砂ともに湿潤となるよう含水率を調整し，原位置での間隙比は小松倉砂が e=0.66，楢木砂が e =0.85 であったため同程度になるようにマイターボックスを用いて直径 50mm，高さ125mm の中実円柱形になるよう締固めて作製した．
なお，不撹乱試料についてはトリミング法にて作製した。塊状をなした不撹乱試料をトリマーのセットし、側面を所定の直径になるように成型した後、マイターボックスを使用し所定の高さとなるように成型した。

3． 試験装置
三軸圧縮試験装置は，圧力をコントロールできるセル室とそれにつながる空気・水系の経路によって構成されている．供試体上部のキャップおよび下部のペデスタルには，ポーラスメタルやセラミックディスクが取り付けており，供試体内の間隙水の出入りはこれを通じて行われる．

指導教員

豊田浩史

4.1 試験方法と試験方法と試験条件
ここでは旧山古志村小松倉の崩壊斜面より採取した不撹乱試料および間隙比を調整した撹乱試料を用いて実験を行った．はじめに不撹乱試料と間隙比調整をした撹乱試料の強度特性を比較するとともに，試料の乱れ具合が不飽和化による見かけの粘着力にどのように影響するかを検討するため，静的三軸圧縮試験を行った．次に地震時を想定して繰り返し三軸試験を行い，撹乱試料と不撹乱試料の動的せん断特性を比較検討した．静的三軸圧縮試験の試験ケー
スを表‐1 に，繰返し三軸三軸試験の試験ケースを表‐2 に示す．
飽和砂を用いての静的三軸圧縮試験は供試体を試験機にセットし二重不圧法を用いて飽和させ，バッ
ク プ レ ッシ ャ ー はす べ ての 試 験 ケー ス に おい て
200kPa とし，せん断は軸ひずみ速 度 0.05％/min，p’一定のもと，排水条件でせん断を行った．
不飽和砂に関しては，飽和砂と同様に二重不圧法を用いて一度飽和させ，その後サクション 50kPa で

Percentage finer by weight (%)

2004 年に発生した新潟県中越地震により旧山古志村を中心とした地域で斜面崩壊や地すべりなどの土砂災害が発生し，多くの箇所で大規模な河道閉塞が発生した．長岡市においては，地震の 3 日前に，台風 23 号により約 100mm の降雨を記録した．これにより斜面が水を含んでいたため，多くの崩壊が起こったことが指摘されている．そこで本研究では斜面崩壊箇所より採取した不撹乱試料及び撹乱試料を用いて飽和度を考慮して繰返し三軸試験を行い，不飽和砂質土の強度特性を検討する．

三浦大右4. 不撹乱砂質土の不撹乱砂質土の静的・静的・動的せん
動的せん断特性
せん断特性

100806040楢木砂
3

ρ s =2.653g/cm

20

小松倉砂
3

ρ s =2.653g/cm

00.0001

0.001

0.010.1
Grain size (mm)110

図－1 粒径加積曲線
Degree of saturetion, S r (%)

1． はじめに

地盤工学研究室

100
8060
楢木砂 pnet =100, ei =0.85

4020

小松倉砂 pnet =100, ei =0.660110100
Matiric suction, s (kPa)

図－2 水分特性曲線

1000

旧山古志村小松倉の試料を用いて行った静的三軸圧縮試験の結果より得られた破壊線を図－3 に示す．
より撹乱飽和砂の内部摩擦角φは 42.0°，粘着力 cは 0 kPa であり，これをサクション 50kPa 作用させて不飽和化すると内部摩擦角φは 43.0°，粘着力 cは 9.0kPa となった。不撹乱飽和砂の内部摩擦角φは41.1°，粘着力 c は 10.0kPa であり，これをサクション 50kP 作用させて不飽和化すると内部摩擦角φは43°，粘着力 c は 18.5kPa となった．飽和不撹乱砂に関しては粘着力が 10.0kPa 生じているが，これは年代効果による固結が粘着力となって現れたと考えられる．以上のことより撹乱試料と不撹乱試料のどちらも不飽和化による粘着力の増加は約 9.0kPa と等しく，不撹乱不飽和砂は撹乱不飽和砂に比べ固結分だけ粘着力が大きいことが分かる．したがって不撹
乱試料を不飽和化した場合，不飽和化による見かけの粘着力に加え，年代効果による固結力分だけ大きな値となって現れると考えられる．また，内部摩擦角に関しては，撹乱試料及び不撹乱試料ともにほぼ等しく，サクション 50kPa を作用させて不飽和化してもほぼ変化していない．このことから同じ試料に
表－1 静的三軸試験ケース
e

B.P. (kPa)

ep net (kPa)

Suction (kPa)

0.66

50100200－100200撹乱
飽和0.66
不撹乱試料の状態撹乱

不飽和不撹乱suction 50kPa

300

suction 50kPa
φ =43.0°c =18.5kPa

φ =43.0°c =9.0kPa

saturated
φ =41.1°c= 10kPa

200
saturated
φ =42.0°c =0kPa

100050100

150

200

Effective mean principal，p' (kPa)

図－3 小松倉砂の破壊線
80(a)6040200-20-40

不撹乱試料 片振幅60kPa
撹乱試料 片振幅60kPa-60

p' (kPa)
50
100
200－100200

撹乱試料
不撹乱試料

400

0-8002550

75

100

Effective mean principal，p' (kPa)
200

80

50(b)

60
Deviator stress，q (kPa)

試料の状態

500
Deviator stress，q (kPa)

4.2 結果

おいては，内部摩擦角は含水状態および乱れ具合に支配されないと考えられる．次に繰返し三軸試験の結果のについて述べる．繰返し三軸試験結果の一例
として，片振幅比 60kPa で繰返し載荷を行った場合の，9 回繰返し載荷後の撹乱試料と，130 回載繰返し荷後の不撹乱試料の結果を図－4 に示す．図－4 より
片振幅が 60kPa の場合，撹乱試料は 9 回繰返し載荷後には平均主応力が 5.5kPa まで低下し，ひずみが5％を超えたのに対し，不撹乱試料は 130 回繰返し載荷後に平均主応力が 11.3kPa までしか低下せず，ひDeviator stress，q (kPa)供試体の不飽和化を行った．せん断は軸ひずみ速度0.0125%/min，pnet 一定，排気排水条件でせん断を行った．繰り返し三軸試験に関しては静的三軸圧縮試
験 同 様 に二 重 負 圧法 で 飽和 さ せ ，軸 ひ ず み速 度0.12%/min とし，定体積で繰返しせん断を行った．

不撹乱試料 片振幅60kPa
撹乱試料 片振幅60kPa

40200-20-40-60

表－2 繰返し三軸試験ケース
試料の状態

間隙比

不撹乱
飽和p'B.P. (kPa)

1002001002000.66
撹乱-80
q (kPa)6040604030-8-6-4-20

Shear strain，ε s (%)

図－4 片振幅 60kPa の繰返し三軸試験結果(a) せん断応力－平均主応力関係(b) せん断応力－せん断ひずみ関係2ずみは 1％に満たないことが分かる．
片振幅 40kPa で繰返し載荷した場合は，28.5 回繰
返し載荷後の撹乱試料は平均主応力が 3.6kPa まで低下し，6％近くのひずみが生じたのに対し，不撹乱試料は，300 回繰返し載荷後の平均主応力が 65kPa までしか低下せず，ひずみは 0.5％も生じていなかった．
これらより不撹乱試料は撹乱試料に比べ繰返し載荷による強度低下が少なく，先に述べた年代効果による固結が影響していると考えられる．また，不撹乱試料及び撹乱試料に関係なく，片振幅が大きくなるほど平均主応力の低下が早いことがわかる．

れた破壊線を図‐5 に示す．図‐5 より飽和砂をサクション 10kPa で不飽和化すると，内部摩擦角はほとんど変化せず，粘着力は 4.9kPa 増加していることが分かる．続いて繰り返し三軸試験結果の一例として，
片振幅 40kPa で行った場合の不飽和砂と飽和砂の繰返し三軸試験結果を図‐6 に示す．図‐6 より飽和砂に比べ不飽和砂は平均主応力の低下が遅く，液状化するまでの繰返し載荷数が多いことが分かる．また，繰返し載荷により生じるせん断ひずみも少ないことが分かる．飽和砂及び不飽和砂の繰返し三軸試験結試験方法と試験方法と試験条件

ここでは，旧山古志村楢木の崩壊斜面より採取した撹乱試料を用いて飽和･不飽和砂質土の繰返し三軸試験を行った．この結果から，不飽和化及び繰返し載荷条件の違いによる繰返しせん断特性の変化を検討する．試験ケースの詳細は表‐3に示す．不飽和条件であるcyclic 4及びcyclic5は、どちらもサクションが変化する試験であるが，体積変化の条件が異なる．cyclic 4は，pが一定となるように制御し，繰返し載荷に伴い体積が変化する．また,cyclic 4は間隙空気圧が一定となる排気条件と，間隙空気の圧縮が考えられる非排気条件がある．これに対しcyclic 5は，cyclic1の飽和繰返しせん断試験と同じく定体積条件となるように，繰返しせん断中に体積変化が起きないように制御を行った．
不飽和繰返し三軸試験は，間隙比を調整した試料を用いた．二重負圧法を用いて一度飽和させた後，サクション 10kPa で不飽和化を行い，軸ひずみ速度0.12%/min として繰返しせん断を行った．

5. 2

試験結果

楢木砂による飽和・不飽和三軸圧縮試験から得ら
表－3 繰返し三軸試験ケース
間隙比
飽和

不飽和載荷条件

排水条件

非排水

e = 0.85

cyclic 1

間隙比載荷条件 排気・排水条件

e = 0.85

p' (kPa)

B.P. (kPa)

100200p net (kPa)

Suction (kPa)cyclic 4

排気・非排水

10010

cyclic 4

非排気・非排水

10010

cyclic 5

排気・非排水10010＊辻岡による結果を使用．

飽和砂
不飽和砂 suction10kPa

300φ =39.4°,c =4.9kPa
200

100

φ =39.2°,c =0kPa
0050

100

150

200

Effective mean principal，p' (kPa)

図－5 楢木砂の破壊線
60

Deviator stress，q (kPa)

5. 1(a)40200-20
飽和砂
不飽和砂-40-600255075
Effective mean principal，p',p net (kPa)

10060(b)Deviator stress，q (kPa)

不飽和砂質土の不飽和砂質土の動的せん
動的せん断特性せん断特性

5.

Deviator stress，q (kPa)

400

40

飽和砂
不飽和砂

200-20-40

q (kPa)
60 *
40*
30*
24*
20*
q (kPa)
80*
60*
40*
60
60
4030-60-6-4-2
Shear strain, ε s (%)

0図－6 片振幅 40kPa の繰返し三軸試験結果(a) せん断応力－平均主応力関係(b) せん断応力－せん断ひずみ関係2

全応力に基づく内部摩擦角 φ (°)

果より，求めた全応力に基づく内部摩擦角を図‐7に示す．図‐7 より繰返し回数の増加に伴い内部摩擦角が減少することが分かる．また，片振幅が大きいほど内部摩擦角の減少が早くなることが分かる．
さらに，片振幅が同じでも不飽和砂は飽和砂に比べ内部摩擦角の減少が少ないことが分かる．制御の違いによる繰返しせん断ひずみと繰返し載荷回数の関係を図－8 に示す．図－8 より飽和砂（cyclic 1）と不飽和砂（cyclic 5）は繰返し載荷回数の増加に伴って繰り返しせん断ひずみが増加するのに対して，不飽和砂（cyclic 4）は載荷回数が増加しても，1 回載荷後に生じた繰返しせん断ひずみが増加しないことがわかる．最後に，cyclic 4 で 150 回繰返し載荷した不飽和砂(cyclic 5)

飽和砂(cyclic 1)

40片振幅30kPa

353020kPa

252040kPa

60kPa

151024kPa
30kPa

540kPa0060 kPa

5101520繰返し載荷回数 Nc

図－7 内部摩擦角と繰返し載荷回数の関係

繰返しせん断ひずみ ε s (%)-8

片振幅60kPa40kPa-660kPa

飽和砂 cyclic1
不飽和砂 cyclic4 （排気）不飽和砂 cyclic4（非排気）
不飽和砂 cyclic524kPa

30kPa

本研究では，実際に崩壊した斜面の土を用いて繰返しせん断特性を検討した．
本研究で得られた知見をいかに示す．
（１） 斜面崩壊箇所から採取した試料の内部摩擦角は，乱れ具合及び飽和度によらず一定である．
（２） 不撹乱試料をサクション 50kPa で不飽和化した場合の粘着力は，不飽和化による見せかけの粘着力に加え，年代効果による固結分が足されて現れる．
（３） 不撹乱試料は撹乱試料に比べ，固結の影響で繰返し載荷による強度低下が少ない．
（４） 繰返し載荷による強度低下は全応力に基づく内部摩擦角の減少として表すことができる．
（５） 不飽和砂は定体積条件を除いては，繰返し載荷によりほとんど強度低下を起こさなかった．
参考文献

40kPa
80kPa

-260kPa
60kPa

011010040kPa

1000

繰返し載荷回数 Nc

図－8 繰返しせん断ひずみと繰返し載荷回数の関係
190
Deviator stress , q (kPa)

6．
．結論

20kPa
30kPa

-4後のせん断強度を図－9 に示す．図－9 より繰返し載荷後の不飽和砂は強度低下を引き起こさなかった．
cyclic 4 の非排気条件に関しては，排気条件に比べ強度が大幅に増加している．これは,非排気条件でせん断試験中に間隙空気圧が逃げたことによるものだと考えられる．

飽和砂
不飽和砂
cyclic 4（排気） , 片振幅80kPa
cyclic 4（排気） , 片振幅60kPa
cyclic 4（排気） , 片振幅40kPa
cyclic 4（非排気） , 片振幅60kPa

18017016015014090100

Effective mean principal , p' (kPa)

図－9150 回繰返し載荷後のせん断強度110（１） Jennings,J.E.and Burland,J.B.(1962)：Limitation
to the use of effective stress in partly saturated
soils, Geothchnique, Vol.12, No.2, pp.125-144（２） Terzaghi,K(1936)： The shearing Resistance ofSaturated Soiles, Proc. 1st ICSMFE, Vol.1,
pp.54-56（３） Rendric,L.(1936)：Relation between Void Ratioand Effective Principal Stress for Remoulded
Silty Clays, 1st ICSMFE, Vol.3, pp.48-51（４） 軽部大蔵、加藤正司：不飽和土の間隙水の分布模型、不飽和地盤の調査・設計・施工に関する諸問題に関するシンポジウム発表
論文集、社団法人土質工学会、不飽和地盤の安定性に関する研究委員会、pp.103-110、
1993.
（５） 辻岡考彦：豪雨や地震時における不飽和斜面の強度評価，pp. 61-103，2006（６） 吉見吉昭：砂地盤の液状化,pp.31-41, 1980.