中部地質調査業協会ミニ・フォーラム2009

細粒分含有率が与える土の圧密排水三軸圧縮試験への影響
中部土質試験協同組合

1. はじめに

表-1

土の圧密排水三軸圧縮試験（以下 CD 試験）はせん断

試料名
細粒分含有率(%)
3
土粒子の密度(g/cm )含水比(%)

過程において供試体の体積変化を許し，過剰間隙水圧が生じないせん断スピードで載荷することにより，全応力間隙比一定
3
乾燥密度(g/cm )3
湿潤密度(g/cm )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○ 池田謙信

〃坪田邦治

〃久保裕一

供試体作製条件

砂
3.5

101020203030404050506060

2.740
19.5
1.041
1.342
1.604

2.739
20.8
1.041
1.342
1.621

2.737
22.9
1.041
1.341
1.648

2.735
24.9
1.041
1.340
1.674

2.733
26.9
1.041
1.339
1.699

2.731
29.0
1.041
1.338
1.726

2.729
31.0
1.041
1.337
1.752

られる．また，本試験は，透水性の良い砂質土を対象と②供試体は CO2を通した後，下部より脱気水を通水し飽することが多く，試験単価の根拠となっている全国積算和させた．その後，試料の透水性を把握するため，予備圧 10kN/m2を加え，三軸透水試験を行い，その後，

2）

資料では，せん断速度：0.5%/min で積算されている ．

圧密過程を実施した．

当組合では，せん断過程における過剰間隙水圧の発生③せん断過程では，供試体上部は体積変化を許すためコ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．

ックを開けた状態とし，供試体下部は，間隙水圧を測定するためコックを閉じた状態で試験を実施した．

しかしながら，土質分類で砂質土に分類されても，試料中の細粒分含有率が比較的高く，透水性が低い場合に3. 試験結果および考察

は，せん断速度：0.2％/min においても過剰間隙水圧が発(1) 透水係数について生し，全応力と有効応力が一致しないことが考えられる．

圧密過程前に実施した透水試験では，供試体作製時に本論文では，細粒分含有率の違いが CD 試験結果（せ間隙比一定で作製したが，飽和過程で軸変位が生じため，ん断速度：0.2％/min）に与える諸影響について検討し，間隙比に差異がみられた．また，細粒分含有率と透水係参考となる指標が得られたので報告する．

数の関係，間隙比と透水係数の関係は，図-2のようにな

2. 試験試料および試験方法

り，全体的にばらつきはあるものの細粒分含有率増加に（1）適用した試験試料伴い透水係数は減少傾向がみられ，間隙比減少に伴い透水係数は減少傾向がみられる．

33混合し，細粒分含有率を変化させた Fc=10，20，30，40，50，60%の砂質土系試料の計6種類を用意した．
供試体の作製は，せん断過程で透水性の悪化による過剰間隙水圧の発生が考えられるため，透水性に影響を及ぼすと思われる間隙比は，表-1に示すように一定とした

通貨質量百分率 （%）

1.10
細粒分含有率と透水係数の関係

間隙比と透水係数の関係
1.05
1.00
0.95
0.90

1.0E-04
1.0E-03
透水係数 k （cm/s）

1.0E-02

1.0E-05

1.0E-04
1.0E-03
透水係数 k （cm/s）

1.0E-02

図-2 細粒分含有率，間隙比と透水係数の関係

100

含水比

807060504030201001.0E-05

条件で静的締固めにより作製した．

(2) 間隙水圧について

砂まじりシルト

0.075mm8060

細粒分含有率F c(%)

れた砂（ρs=2.740g/cm ）と，シルト（ρs=2.724g/cm ）を間隙比(e)今回適用した試料は，図-1のような粒度構成の分級さFC=60FC=50FC=40FC=30FC=20FC=10

砂まじり
シルト

40

主応力差最大時の間隙水圧は，図-3のように最大値を迎えた後に減少過程にあり，最大値に比べ(c，φ)に与える影響は少ない結果となった．しかしながら異なる応力分級された砂密度20

経路をたどった場合，間隙水圧の最大値付近まで上昇す分級された砂00.0010.010.1

1
粒径 （mm）る可能性があること，本試験の場合には本来発生するこ10100

粒径加積曲線した最大値を影響因子として扱うこととした．
(3) 評価方法

図-1 試験に用いた試料の粒度構成評価は実験数が少なく2つのモール円で(c，φ)を算出（2）試験方法

するにはばらつきが大きいこと，CD 試験を実施するよ

試験方法は，以下の条件で行った．

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①試料の量的な問題により，1試料2供試体で実施．
2・拘束圧は背圧=100kN/m・せん断速度：0.2%/minとが許されないことなどを考慮し，間隙水圧として計測

2・圧密圧力=50，150kN/mースが多いことなどから，供試体一本毎のφへの影響を考えることとした．

中部地質調査業協会ミニ・フォーラム2009

500

200

8100

400510ひずみ（％）

212応力（kN/m )

300

0400

16応力-ひずみ
間隙水圧-ひずみ

間 隙 水 圧 （kN/m 2 ）15間隙比他のどの要因に大きく依存するのが明確ではな

応力-ひずみ間隙水圧-ひずみ

40

いが，実験数の増加，試験条件の変更や異なる土に対300302002010010000510ひずみ（％）

しての検証，評価方法の検討など必要があると考える．
⑤中間土の場合には，排水試験，非排水試験の区分を細粒分含有率などにより規定を設けること，粒度試験後に三軸試験方法を決定するため工程的な余裕をもつことなどが必要になると考えられる．

15図-3 圧縮過程結果を描き c = 0 と結んだφ(CD 試験のモール円)②CUB 試験と同様に，圧密圧力から間隙水圧最大値を差引いた点を始点とし，主応力差を直径とするモール

Δ U /σ c' = 0.0021e0.600.400.200.000円と c = 0 を結んだφ⊿Umax(CUB 試験のモール円)

1020304050
細粒分含有率 F c(%)

圧密圧力に対する過剰間隙水圧比（ΔUmax/σc’）が大きいほど試験結果φに影響を与えることが推測される．

20.0

φ差分値 （°）①細粒分含有率と過剰間隙水圧比の関係は図-4のようになり，Fc=40で ΔUmax/σc’が0.1を超し，その後急激に増加傾向を示し Fc=50では平均で0.38となった．細粒分含有率と影響値であるφの差の関係は図-5のようになり，Fc=40で2.3°，Fc=50で7.4°であった．
②間隙水圧の発生は透水性悪化により促進されると考Δφ = 0.034e

8.04.00102030 4050
細粒分含有率 F c (%)

過剰間隙水圧比 ΔU /σ c’

過剰間隙水圧比が増加傾向にあり，特に圧密後間隙比が0.9より下まわるあたりから急激に増加傾向を示している．この時の細粒分含有率は凡そ40％であった．
③せん断中の全計測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，間隙比0.83以下で過剰間隙水圧比が0.1を超える結果となっ

0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.100.002

圧密後間隙比圧密前間隙比0.60に間隙比と過剰間隙水圧比の変化にある程度規則性が②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．

70

ΔU /σ c’= 7.59e - 15.22e + 7.63 (R² = 0.90)

0.70

た．また異なる粒度構成間のデータでも圧密圧力ごとの影響値は2°程度であった．

60

図-5 細粒分含有率とφの差の関係

隙比と過剰間隙水圧比の関係には間隙比の減少に伴い以上になると著しく増加傾向を示した．その時のφへ( R² = 0.92)

0.0と過剰間隙水圧比の関係は明瞭ではないが，圧密後間①細粒分含有率40%で過剰間隙水圧比が0.1を越し，それ0.097F c12.0

過剰間隙水圧比の関係を図-6に示した．圧密前間隙比

4.まとめ

7016.0

えられ，透水性との相関性が高いと思われる間隙比と検討を進める計画である．

60

図-4 細粒分含有率と過剰間隙水圧比の関係(4) 評価結果

あるように考えられる．この件に関しては今後さらに(R² = 0.94)0.80

過剰間隙水圧比①圧密圧力を始点とし，主応力差を直径とするモール円

0.096F c

1.00

以下の2手法で算出したφ差分値により評価する．

0.80
0.90
1.00
間隙比 (e )1.101.20

図-6 間隙比と過剰間隙水圧の関係
過剰間隙水圧比 (ΔU /σ c’)

応 力 (kN/m 2 )

40050
試験結果

⊿U /σ c’2Fc=40、σｃ’＝150kN/m

220
2Fc=30、σｃ’＝150kN/m 試験結果

間隙水圧（kN/m ）5000.500.400.30
0.20
0.100.00-0.10-0.20-0.30
0.70

0.75

0.800.85

FC=50、σ＝50

FC=50、σ＝150

FC=40、σ＝50

FC=40、σ＝150

FC=30、σ＝50

FC=30、σ＝150

0.90

0.95

間隙比（e ）（せん断過程全データ）③これらのことから，Fc≧40%を示す材料の三軸試験方

図-7 せん断中の間隙比-過剰間隙水圧比の関係

法としては，圧密非排水三軸試験 CUB が適切な試験方《引用・参考文献》 1) 地盤工学会編：土質試験の方法と解法といえる．

説(第1回改訂版)，p.478，2000.3. 2) 全国地質調査業協会④現段階では間隙水圧の発生について，細粒分含有率，連合会編：全国標準積算資料，p.Ⅳ-177，2007.12.

1.00