改良土とジオグリッドを組み合わせた補強土壁の遠心振動台実験（その１）
キーワード：遠心力載荷実験

振動台実験

補強土大日本土木㈱正会員 ○斉藤 知哉

大日本土木㈱正会員

伊藤 秀行

東京工業大学

国際会員

桑野 二郎

東京工業大学国際会員

井澤淳

１．はじめに筆者らは、補強土壁の壁面部分（パネル背面から設計により決まる範囲）に改良土を配置し、ジオグリッドと組み合わせる新しいタイプの補強土工法の開発を進めてきたが、耐震性能に関しては未解明な部分が多く課題となっていた。
そこで、本工法の遠心模型振動台実験を行い、地震時挙動（変形特性）を把握し、その安定性を確認することとした。
２．実験概要表−１

模型実験の概要図を図−１に示す。実験は50G の遠心加速場にて行った。模型地盤は、
内寸幅 430mm、深さ 250mm、奥行き 150mm の剛

豊浦砂 Dr=80%(φ=42°)

改良土

豊浦砂 ω=10%γt=1.600g/m3
高炉ｾﾒﾝﾄ 60kg/m3
qu=420kPa (7days)

ｼﾞｵｸﾞﾘｯﾄﾞ

ﾎﾟﾘｶｰﾎﾞﾈｰﾄ(polycarbonate)
引張強度：391.3kN/m
豊浦砂との摩擦角：42.4°

パネル

アルミ（厚み 5mm）

表−３

入力 Step と入力波の条件

ﾀｰｹﾞｯﾄ10m相当(200mm)

20mm

性容器内に盛土高さ 200mm（実物換算で 10m）となるよう作製した。実験材料の主な物性値
F1を表−１に示す。盛土材料には豊浦砂Toyoura
豊浦標準砂
sand : Dr=80%(Dr=80%)

F2: 加速度計: 土圧計: 変位計（Dr=80%）を用いた。改良土は、一軸圧縮強図−１

度が qu=420kN/m2 となるよう、含水比を 10%3に調整した豊浦砂に早強セメント（60kg/m ）表−２3を混合し、湿潤密度をγt=16kN/m で作製し、7 日間養生した。模型ジオグリッドは、実際

模型実験概要図

Caseに使用するグリッドと引張剛性をあわせるた1

改良土
幅−

実験ケース
ジオグリッド

Step

振幅波数

周波数

敷設長

敷設数

1st0.3mm

20100Hz

102nd0.6mm

20100Hz

1.0mm

20100Hz

1.0mm

40100Hz

120mm

め、厚さ 1mm のポリカーボネイト板を用い、

242mm

−

−

3rd

円中心間隔 15mm ピッチでφ=10mm の穴を開け

380mm

−

−

4th

105th〜たものを使用した。また模型壁面パネルには、

442mm

100mm

実際に使用するコンクリートパネルの重量を考慮して厚み

Case1

ジオグリッドのみ5mm のアルミ板を用いた。

グリッドのみで安定する

Case3

改良土のみ

Case4

改良土＋ジオグリッド

Case1、改良土のみで盛土が安定に構築できる最小改良土幅

ｋh=0.2で自立とした Case2、改良土のみで設計水平震度 0.2 を考慮した

図−２

実験ケース

改良土幅とした Case3、改良土とジオグリッドを組み合わせた Case4 の計４ケースについて行った。

Acceleration (G)

最小自立幅(常時安定)

び表−２に示すように、ジオ4th と同条件

3020100-10-20-30

改良土のみ

Case2

実験ケースは図−２およ

材料物性

盛土

3020100-10-20-303020100-10-20-303020100-10-20-30
00.10.20.30.40.5

Time (sec.)

図−３

入力加速度時刻歴(Case3)

計測は、図−１に示したように、地盤の変形を観察するのに、ＣＣＤカメラを用いた画像処理システム 1)を用い、地盤内に埋設したターゲット位置を計測した。また土圧（鉛直２点、水平３点）と応答加速度（盛土内に６点、改良土地表面１点、入力加速度１点（土槽に設置））を計測した。
実験は東京工業大学遠心振動台実験装置 2)を用いて行った。振動台実験は、遠心加速度を 50G まで上げ、盛土の状態が安定した後、表−３に示すように、周波数 100Hz（実物換算 2Hz）の正弦波を入力した。Step1st〜3rd までは、振幅をそれぞれ、0.3、0.6、1.0mm と増幅させ、20 波づつ入力した。Step4th 以降は、40 波、振幅 1.0mm として破壊が生じるまでこの条件で加振し続けた。図−３に Case3 の入力加速度時刻歴を示す。

CENTRIFUGE SHAKING TABLE TEST ON THE GEOGRID-REINFORCED SOIL WALL COMBINED WITH SOIL CEMENT [PART1]
Tomoya SAITO, Hideyuki ITO (Dai Nippon Construction), Jiro KUWANO, Jun IZAWA (Tokyo Institute of Technology)

３．実験結果

Case1:Step 4 ( 17.6G)(1)変形
図−４に各ケースの振動台実験最終形状
0.00

写真と変位ベクトル図および水平ひずみ分‑0.02‑0.04

布図を示す。ジオグリッドのみ(Case1)では、‑0.06‑0.08

明確な破壊は認められなかったが、壁面の0.000

Case2:Step 2 ( 8.89G)‑0.015

中腹がはらみ出すような変形形態となり、‑0.030

ひずみ分布からもジオグリッド敷設範囲以‑0.045‑0.060降の変形と沈下が大きい結果となった。幅0.000‑0.075狭改良土のみ(Case2)では、最初の加振で改‑0.150

良土壁のつま先を中心に転倒する変形形態‑0.300‑0.2250.000

Case3:Step 3 ( 30.1G)となり、Step2nd において写真のように下部‑0.025‑0.050にクラックが発生し、完全に転倒崩壊した。

‑0.075‑0.100幅広改良土のみ(Case3)では、Case2 と同様0.000‑0.025な変形形態となり、Step3rd において改良土‑0.050

つま先で応力が集中し、そこから改良土内‑0.075‑0.100右上方に向かってクラックが発生した。改0.000

Case4:Step 3 ( 22.9G)‑0.030

良土とジオグリッドを組み合わせた‑0.060‑0.090(Case4)では、Step1st,2nd では変形がほとん‑0.120

ど見られず安定した結果であったが、‑0.0200.000‑0.040

Step3rd において改良土上端から縦にクラ‑0.060‑0.080
上段：改良土ックが発生した。これは壁面パネルや改良（ｂ）)変位ベクトル（ａ）振動終了時の写真

土にかかる地震時慣性力に対して、ジオグ

図−４

リッドの引き留め効果が発揮され、ジオグ（ｃ）
水平ひずみ分布

各 Case の振動台実験終了後の状況

リッドの敷設先端である改良土中央部内に引張り力が発生し、改良土が引張鉛直土圧(kPa)

25 0り破壊を生じたと考えられる。
(2)土圧
図−５に鉛直土圧計測結果を示す。Step とともに、改良土中央部下の土圧＋ ： Case1 ■ ： Case 3□ ： Case2 ○ ： Case 4

土圧F1(ﾊﾟﾈﾙ下)
15 050-5 020 0

鉛直土圧(kPa)

F2 はピークをむかえた後減少し、パネル下側（改良土つま先）の土圧 F1 は増加し続けることから、改良土は回転し土圧の作用位置が改良土つま先側へ移行していくが、Case4 の改良土とジオグリッドを組み合わせることにより、ジオグリッドが改良土の回転（改良土つま先への応力集中）を抑制すること

土圧F2(改良土中央部下)
10 00-10 0012345Stepが確認できた。
図−５(3)加速度パワー〜変位
図−６に式(1)で求められる加速度パワーIE と壁面変位の関係を示す。
3

兵庫県南部地震相当の IE(=0.524×10 [cm /s ])において比較すると、ジオグリッドのみ(Case1)または改良土のみ(Case2,3)に比べ、改良土とジオグリッドを組み合わせた(Case4)では、変位量は小さく、また最終変位はクラック発生により急激に変位した(破線)もので、このクラックを抑制することで、より変形の小さい安定した補強土壁となることが考えられる。

I E = ∫ a dt
T02式(1)a:入力加速度

T：地震動の記録長鉛直土圧計測結果

兵庫県南部地震 I E = 0.524×10 67507.57600

65450

ｸﾗｯｸにより急変位(ﾚｰｻﾞｰ変位計経路)300

1

加速度ﾊﾟﾜｰＩ E (cm 2 /sec 3 )

図−６3＋：Case1□：Case2■：Case3○：Case41500042120

累積壁面水平変位量 実物換算値 /盛土高さ(%)

2

累積壁面水平変位量 実物換算値 (mm)6４．まとめ下段：盛土[×10 6 ]

加速度パワーと壁面変位の関係

改良土のみでは、改良土幅を広くしても転倒破壊（改良土にクラックが発生）し、ジオグリッドのみでは、破壊は認められないものの変形が大きい結果となった。改良土とジオグリッドを組み合わせたケースにおいては、地震波に対して変形は小さいことが確認できた。また、本工法の地震時の破壊形態として、改良土中央部に縦クラックが発生することが確認できた。このクラックを抑制することで、より変形の小さい安定した補強土壁となることが考えられる。
＜参考文献＞
1) R. N. Taylor, S. Robson, R. J. Grant & J. Kuwano, Image acquisition using an on-board film camera, Centrifuge 98, pp. 67-72, 1998.
2) J. Takemura, A. Takahashi & Y. Aoki, Development of horizontal-vertical 2D shaker in a centrifuge, Physical modeling in geotechnics-ICPMG '02, pp. 163-168, 2002

改良土とジオグリッドを組み合わせた補強土壁の遠心振動台実験（その２）キーワード：遠心力載荷実験

振動台実験

補強土大日本土木㈱正会員 ○伊藤 秀行

大日本土木㈱正会員

斉藤 知哉

東京工業大学

国際会員

桑野 二郎

東京工業大学国際会員

井澤

１．はじめに筆者らは、補強土壁の壁面部分（パネル背面から設計により決まる範囲）に

淳

改良土：短繊維混合安定処理土（現地発生土＋固化材＋短繊維）

壁面パネル改良土を配置し、ジオグリッドと組み合わせる新しいタイプの補強土工法（図盛土−１）の開発を進め、本工法の遠心模型振動台実験（その１） 1)を行った。その結果、地震時の変形は小さいことが確認できたが、破壊形態として改良土中ジオグリッド央部に縦クラックが発生することが明らかとなった。
そこで、（その２）として、改良土のクラック抑制のため、短繊維を混合したケースとジオグリッドとパネ
ル補助アンカーをラップしたケースについて追加実験を行い、その効果を確認

補助ｱﾝｶｰ
基盤することとした。

パネル基礎

２．実験概要実験概要（実験材料、装置、方法、計測 etc）についてはリッドを用いた補強土壁の遠心振動台実験（その１）1)

図−１

工法概念図

表−１

材料物性

改良土とジオグ

ﾋﾞﾆﾛﾝ (実物と同様)
長さ L=10mm,太さφ=43μmを参照していただき 短繊維たい。
（その２）で新たに用いた実験材料の主な物性値を表−１に示す。短繊維

補助ﾎﾟﾘｶｰﾎﾞﾈｰﾄ(polycarbonate)には、実際に現場で使用している材料(写真−１)であるビニロン短繊維(太さφ アンカー 長さ L=1cm(case4,5,6),3cm(Case7)=43μm)を約 10mm にカット（現場使用時の長さは 30mm）して改良土に混合した。
パネル3

また、模型補助アンカーには、厚さ 1mm のﾎﾟﾘｶｰﾎﾞﾈｰﾄ板をは改良土に短繊維混合なし、Case5 は短繊維混合 0.05%（重310とジオグリッドを組み合わせた４ケースについて、Case4

ﾗｯﾌﾟ長ｼﾞｵｸﾞﾘｯﾄﾞ
敷設先端カーを延ばしてジオグリッドとアンカーが 10mm ラップす写真−１

Case３．実験結果(1)変形
図−４に各ケースの振動台実験終了後（クラック発生時）の写真と変位ベクトル図および水平ひずみ、最大せん断ひﾎﾟﾘｶｰﾎﾞﾈｲﾄﾞ

2 2 26量百分率）、Case6 は短繊維混合 0.1%で、Case7 は補助アンるようなケースについて行った。

4567

改良土
幅42mm42mm
42mm42mm

短繊維

図−２30

実験ケースは表−２および図−３に示すように、改良土24用い、図−２に示すような形状のものを用いた。

単位：mm

模型補助アンカー

表−２実験ケース

短繊維
混合量
0.00%
0.05%
0.10%
0.05%

ジオグリッド
敷設長 敷設数100mm
10100mm
10100mm
10100mm10

補助ｱﾝｶｰ
長さ10mm10mm
10mm
30mm

ずみ分布図を示す。どのケースにおいても最終的な破壊形
状は改良土中央部上側から縦クラックが入る結果となった。

Case4

短繊維なし

Case5

短繊維0.05%

Case6

短繊維0.10%Case7

短繊維0.05%

しかし、
Case4 では Step3rd、
Case5,6 ではそれぞれ Step4th，6th でクラックが発生し、崩壊に至っており、改良土のクラック抑制に短繊維混合が効果的であることが確認できた。
また短繊維なし(Case4)では地盤内のひずみがあまり進行しない(色の薄い)段階で改良土にクラックが発生したのに対し、短繊維を混合(Case5,6)することによって、地盤内のひずみがさらに進行した段階(色の濃い)でクラックが発生10mmラップすることがわかる。また補助アンカーとジオグリッドをth10mm ラップさせた Case7 では、Case5 と同様の Step4 で

図−３

実験ケース

改良土中央部上側にクラックが発生したものの、さらに加振し続けた Step7th においてもクラックは改良土上部３分の１程度までしか進行せず、補助アンカーとジオグリッドをCENTRIFUGE SHAKING TABLE TEST ON THE GEOGRID-REINFORCED SOIL WALL COMBINED WITH SOIL CEMENT [PART2]
Hideyuki ITO, Tomoya SAITO (Dai Nippon Construction), Jiro KUWANO, Jun IZAWA (Tokyo Institute of Technology)

ラップさせることも改良土のクラック抑制に効果的であることも明らかとなった。

改良土
‑0.00
‑0.02
‑0.04
‑0.06
‑0.08
‑0.10

改良土盛土

盛土

0.00
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15

‑0.00
‑0.01
‑0.02
‑0.03
‑0.04
‑0.05

0.00
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15

Case4:Step3 ( 22.9G)

Case5:Step4 ( 25.7G)

Case6:Step6 ( 27.2G)

Case7:Step7 ( 31.0G)（ａ）振動終了時の写真（ｂ）)変位ベクトル

図−４

各 Case の振動台実験終了後の状況(2)加速度パワー〜変位

8 00

また釧路沖地震（IE=2.26×106[cm2/s3]）のようなレベルⅡ相当の地震動に対しても、短繊維混合した Case6、補助アンカーとジオグリッドをラップさせた Case7 では、破壊もしくは大きな変形を起こさなかった。したがって、短繊維混合した改良土とジオグリッドを組み合わせた補強土壁は、地震動に対しても変形を小さく抑えられ、安定した補強土壁となることが確認できた。

兵庫県南部地震 I E = 0.524×10 6
釧路沖地震 I E =2.26×10 6

累積壁面水平変位量 実物換算値 (mm)

図−５に加速度パワーIE と壁面変位の関係を示す。兵庫県南部地震（IE=0.524×106[cm2/s3]）（ｄ）
最大せん断ひずみ分布（ｃ）
水平ひずみ分布7 00

ｸﾗｯｸ発 生(C ase5)

6 00
500

ｸﾗｯｸ発生(ca se7)

4 00
ｸﾗｯｸ発 生(Case4)

ｸﾗｯｸ発 生(C ase6)

300
2 00

Case4
Case6

100001234

加速度ﾊﾟﾜｰＩ E (cm 2 /sec 3 )

４．まとめ

図−５56

Case5
Case7
78

[×10 6 ]

加速度パワーと壁面変位の関係

改良土とジオグリッドを組み合わせた補強土壁は、地震時慣性力と引張り力発生ジオグリッドによる抵抗力の２つの力が相反する方向に作用することにより、改良土に引張り力が働き、クラックが発生することが明らかとなった。しかし、改良土に短繊維を混合すること、さらに補助アンカーとジオグリッドをラップさせることにより改良土の引張り抵抗力

地震時慣性力ジオグリッドの抵抗力

改良土の転倒に作用

改良土の転倒を防止を増加させることで、地震動に対して高い耐震性能をもつ構造となることが明らかとなった。また、クラックの発生は改良土上側から発生することから、改良土上部を補強することにより、より高い耐震性能をもつ構造となることが考えられる。

地震動

図−６

地震時破壊形態＜参考文献＞
1)斉藤知哉他：改良土とジオグリッドを組み合わせた補強土壁の遠心振動台実験（その１）、第38回地盤工学研究発表会投稿中