第 46 回地盤工学研究発表会
2011 年 7 月

156

D - 06 （神戸）
圧密排水三軸圧縮試験（ＣＤ試験）の適用性に関する一考察

排水せん断，細粒分含有率，間隙比

中部土質試験協同組合 正会員 ○池田謙信

〃

正会員

坪田 邦治

〃正会員

久保 裕一

1．はじめに土の圧密排水三軸圧縮試験（以下 CD 試験）はせん断過程において供試体の体積変化を許容し，過剰間隙水圧が生じないせん断速度で載荷することにより，全応力と有効応力が一致する1）。このためせん断過程で過剰間隙水圧が発生した場合，試験結果に影響を及ぼすと考えられる。また，本試験は，透水性の良い砂質土を対象とすることが多く，一般的には，0.5%/min を超えないものとされている2）。当組合では，地盤材料にもよるが，せん断過程における過剰間隙水圧の発生を極力抑制するために，せん断速度に余裕を持たせた0.2%/min を採用することを基本としている。しかしながら，土質分類で砂質土とされても，試料中の細粒分含有率（Fc）が比較的高く透水性が低い場合，また非常に密な試料で透水性が低い場合には，せん断速度：0.2％/min としても過剰間隙水圧が発生し，全応力と有効応力が一致しないことが考えられる。本研究は，CD 試験結果に与える Fc，透水性，過剰間隙水圧比等の影響について考察したものである。
2．試験試料及び試験方法

100
通貨質量百分率 (%)(1) 適用した試験試料
今回適用した試料は，図-1のような粒度構成の分級された砂（土粒子の密度：ρs =2.740g/cm3）と，シルト(ρs=2.724g/cm3)
を混合し，細粒分含有率（Fc）を10，20，30，40，50，60%に変化させた6種類の砂質土系試料を用意した。
供試体の作製は，細粒分含有率の増加に伴い，圧密量が増0.075mm

砂まじり
シルト

604020分級された砂00.001に間隙比一定条件で作製した。

0.01

図-1（2）試験方法
1)試料の量的な問題により，1試験2供試体で実施し，拘束

1020304050

102030405060土粒 子の密 度（ｇ/㎝ )含水 比（％ ）

2.740

2.739

2.737

2.735

2.733

2.731

2.729

19.5

20.8

22.9

24.9

26.9

29.0

31.0

間隙 比一定

1.041

1.041

1.041

1.041

1.041

1.041

1.041

3kN/m を加えた三軸透水試験を行い，圧密を実施した。

31.342

1.342

1.341

1.340

1.339

1.338

1.337

3

1.604

1.621

1.648

1.674

1.699

1.726

1.7525003)せん断過程では，供試体上部は体積変化を許すためコッ

Fc=30、σｃ’＝150kN/m2 試験結果
応力-ひずみ400

クを開けた状態とし，供試体下部は，間隙水圧を測定す

2050016400

間隙水圧-ひずみ応力(kN/m2)

3．試験結果及び考察(1) 間隙水圧について
主応力差最大時の間隙水圧は，図-2のように最大値を迎えた後，減少過程を示し，最大値に比べ(c，φ)に与える影測した最大値付近まで上昇する可能性もあること，CD 試験の場合には本来発生することが許されないこと等を考慮し，間隙水圧として計測した最大値を影響因子として扱うこととした。
(2) 評価方法について
実験数が少なく2つのモール円で(c，φ)を算出するにはばらつきが大きいこと，CD 試験を実施するような砂質土の場合 c が多少あっても φ のみで評価するケースが多いことなどから，供4100100010010ひずみ(%)

0015510ひずみ(%)

15

図-2 圧縮過程結果
200

全応力：φ
有効応力：φ（ΔUmax）

150

τ (kN/m2)

伴い間隙水圧が上昇し続ける様な経路をたどった場合，今回計208540間隙水圧-ひずみ

2002000応力-ひずみ3012050

Fc=40、σｃ’＝150kN/m2 試験結果

300300響は少ない結果となった。しかしながら主応力差の増加に

100501) φ

ΔUmax2) φ(ΔUmax)

00

試体一本毎の φ への影響を以下の2手法で算出し，φ 差分値にA study about applicabilities of consolidated-drained triaxial compression test
K.Ikeda,K.Tsubota,Y.Kubo,Chubu Soil Research Co-operation（Geolabo-Chubu）

31960

乾燥 密度 （ｇ/㎝ )湿潤 密度（ ｇ/㎝ )2応力(kN/m2)

させた。その後，試料の透水性を把握するため，予備圧10間隙水圧（kN/m2）

2)供試体は CO2を通した後，下部より脱気水を通水し飽和10100
粒径加積曲線3.5

細粒 分含有 率（％）

ん断速度は当組合仕様の0.2%/min を採用した。

1粒径 (mm)

砂試 料名

圧は圧密圧力=50，150kN/m2，背圧=100 kN/m2とした。せ0.1

試験に用いた試料の粒度構成
表-1 供試体作製条件

50100150200

σ (kN/m 2)250

図-3 評価方法

300

350400間隙水圧（kN/m2）

え圧密後間隙比に差が生じるとの判断から，表-1に示すようるためコックを閉じた状態で試験を実施した。

砂まじりシルト
Fｃ=60
Fｃ=50
Fｃ=40
Fｃ=30
Fｃ=20
Fｃ=10分級された砂80

過 剰間 隙水 圧比 ⊿ U/σc'より評価することとした（図-3参照）。圧密圧力に対する過剰間隙水圧比（ΔUmax/σc’）が大きい程，試験結果 φ に影響を与えることが推測される。
1)圧密圧力 σc’を始点とし，主応力差を直径とするモール円を描き c = 0 と結んだ φ(CD 試験のモール円)
𢣠𢣠𢣠𢣠試験と同様に，圧密圧力 σｃ´から間隙水圧最大値を差引2)CUいた点を始点とし，主応力差を直径とするモール円と c = 00.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0

ΔU/σc’＝0.0021e0.096Fc (R2=0.94)
σc'＝50kN/m2
σc'＝150kN/m20𢣠𢣠𢣠𢣠試験のモール円)。
を結んだ φ⊿Umax (CU10203040(3) 評価結果

図-41)細粒分含有率と過剰間隙水圧比の関係は図-4のようになφの差分値(°)

である φ の差の関係は図-5のようになり，Fc=40%で2.3°（平均値），Fc=50%で7.4°（平均値）であった。

細粒分含有率と過剰間隙水圧比の関

σc'＝50kN/m2

12σc'＝150kN/m282)間隙比と過剰間隙水圧比の関係は図-6のようになり，圧密4前間隙比と過剰間隙水圧比の関係は明瞭ではないが，圧密

0後間隙比と過剰間隙水圧比の関係は，間隙比の減少に伴い0過剰間隙水圧比が増加傾向にあり，特に圧密後間隙比が0.910より下まわるあたりから急激に増加傾向を示している。こ3040

細粒分含有率20Fc(%)

過剰間隙水圧比 ⊿U/σｃ’3)せん断中の全データについて間隙比と過剰間隙水圧比の関係をまとめると図-7のようになり，σc’＝50 kN/m2では過剰間2隙水圧比が0.1を越すのは間隙比0.83，σc’＝150 kN/m では過剰間隙水圧比が0.1を越すのは間隙比0.80付近であった。また異なる粒度構成であるにも関わらず，間隙比の減少に伴い規則的に過剰間隙水圧比が上昇しているようにも見える。

0.80.70.60.50.40.3
0.20.10.0(4) 検証22

圧密前間隙比

0.70

0.80

0.90

1.00

1.101.20

間隙比 (e)図-6 間隙比と過剰間隙水圧比の関係=26.6%）を使用し，比較的緩い状態（e=1.041）と密な状態（e=0.850）で供試体を作製し，同様の試験を行った。
過剰間隙水圧比 (⊿U/σｃ ’)

試験結果を間隙比と過剰間隙水圧比の関係（図-7）にプ

4．まとめ70

圧密後間隙比0.60

間隙比の影響度が高い可能性が考えられる。

60ΔU/σｃ ’＝7.59e - 15.22e + 7.63(R =0.90)

今 回 の 試 験 結 果 の 妥 当 性 を 確 認 す る た め 別 試 料 （ Fc

から試験結果へ与える影響としては，細粒分含有率よりも50

図-5 細粒分含有率と φ の差の関係の時の細粒分含有率は凡そ40%であった。

剰間隙水圧が発生するということが確認された。このこと

70

Δφ＝0.034e0.097Fc (R2=0.92)

16を示し Fc=50%では0.3以上となった。細粒分含有率と影響値ても間隙比が小さい密な状態の試料の場合には，大きな過6020り，Fc=40%で ΔUmax/σc’が0.1を超し，その後急激に増加傾向

ロット（青色）すると，比較的細粒分が少ない試料であっ50Fc(%)

細粒分含有率1)細粒分含有率40%で過剰間隙水圧比は0.1，φ の差分値は2°を越し，それ以上の細粒分含有率になると共に著しく増加傾向を示した。間隙比と過剰間隙水圧比との関係では，圧密後の間隙比が0.9を下回ると過剰間隙水圧比が0.1を越した。

0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0-0.1-0.2-0.3
-0.4
0.70

0.75

0.80

FC=50、σ＝50

FC=50、σ＝150

FC=40、σ＝50

FC=40、σ＝150

FC=30、σ＝50

FC=30、σ＝150

FC=20、σ＝50

FC=20、σ＝150

FC=10、σ＝50

FC=10、σ＝150

別ＦＣ＝26.6、e=0.850、σ＝50

別ＦＣ＝26.6、e=0.850、σ＝150

別ＦＣ＝26.6，e=1.041、σ＝50

別ＦＣ＝26.6、e=1.041、σ＝150

0.85

0.90

0.95

1.00

間隙比（せん断過程全データ）

図-7

せん断中の間隙比と過剰間隙水圧比の関係2)今回計測した過剰間隙水圧は σc’＝50kN/m2では負圧，σc’＝150kN/m2では正圧を示していることから，2つのモール円により φ を算出した場合には，相乗効果で更にその差は大きくなるものと考えられる。
3)検証試験の結果を考慮すると，過剰間隙水圧の発生は細粒分含有率より間隙比の影響度が高い可能性があると考えられる。また，正規圧密状態の乱した試料の場合，不攪乱試料のように骨格を持っていないため，透水性に及ぼす細粒分含有率の影響はそれほど高くない可能性があると考える。また，排水試験，非排水試験の適用条件を設けることにより，現場条件に適用可能で，より正確な試験データを提供できるとものと考えられる。今後，これらについて，実験数の増加，試験条件の変更や異なる土に対しての検証，評価方法の再検討などを実施し，三軸 CD 試験結の適用性についてさらに明確にしていきたいと考えている。
（参考文献）

1) (社)地盤工学会編：地盤材料試験の方法と解説(二分冊の2)，p.583，2009.11.
2)(社)地盤工学会：土質試験 -基本と手引き-（第二回改訂版），p.141，2010.3.

320

1.05