前橋泥流堆積物のブロックサンプルを基にした液状化強度
液状化 火山灰質砂質土

N値（株）黒岩測量設計事務所

正会員 ○樋口 邦弘

同上設楽 信昭

群馬大学社会環境デザイン工学専攻

国際会員 鵜飼 恵三

１．まえがき
前橋泥流堆積物は弱固結した火山灰質砂質土地盤からなり，この地盤が利根川沿いに高さ 10 数 m の連続した崖をなして露出している。当地盤は N 値が 3～10 前後と小さくかつ地下水で飽和されていることから，N 値から算定される液状化強度比
RL=0.1～0.3 を基にこれまで液状化すると判定されてきた。しかし，当地盤は深度が 5m 以上と深いため試掘によるブロックサンプリングが難しく，また大小の礫を大量に含むためボーリング孔を用いたサンプリングもできず，これまで乱さない試料を基にした液状化強度特性を把握することができなかった。
筆者らは，2001 年に当地盤の分布する下流部玉村町においてテストピットから採取したブロックサンプルを基に繰返し非排水三軸試験を行い，液状化強度比 RL=0.57（細粒分含有率 FC=31.3%）の試験値を得た 1) 。さらに，2008 年～2009 年に当地盤の分布する上流部大渡町と中流部六供町の下水道工事掘削箇所を利用して採取したブロックサンプルから同様に液状化強度比RL=0.43（FC=8.0%）および 0.69（FC=28.2%）を得た 。当地盤の FC は一般に 20～35％であり，上流部大渡町の FC=8.0％は細粒分の極めて少ない局所的な粒度特性を示している。この細粒分の極めて少ない上流部大渡町の地盤においても液状化強度比がRL=0.43 と，N 値から算定される RL=0.1～0.3 に比べ大きく，液状化しないと判定できた。
この判定の差異から，N 値による RL の算定値が未固結な砂質土地盤を対象としており，乱さない状態の弱固結した火山灰質砂質土地盤に対しては N 値による RL 値の算定が困難と言えよう。
２．前橋泥流堆積物の分布とブロックサンプリング位置
浅間火山は，今から約 2.1～2.4 万年前に大規模な山体崩壊が発生し，崩壊した山体が岩屑なだれとなって浅間山の南麓と北麓に流れ下った。群馬県側の北麓を流れ下った岩屑なだれは水と混じり泥流となって吾妻川沿いを流下し，榛名山と赤城山の間から関東平野に流れ出した。この前橋市を頭として扇状に堆積した泥流は「前橋泥流堆積物」と呼ばれている。この堆積面はその地形が平坦な広がりをもった台地を形成していることから「前橋台地」と呼ばれている。前橋台地は，図－1 に示すように西側を榛名火山山麓から岩野谷丘陵で，また東側を赤城火山山麓から大間々扇状地で挟まれた地域に分布する。図－2 に前橋台地におけるブロックサンプリングの位置を図示す。
上流部

大渡橋

中流部

下流部

断面線

凡例

ブロックサンプリング位置
既存粒度試験位置（深度5～6m）

図－1 前橋台地の分布図

図－2 ブロックサンプリング位置

Liquefaction resistance by Brock sample

Kunihiro HIGUCHI,of Maebashi volcanic mudflow deposit

Nobuaki SHITARA, Kuroiwa Survey Design Office Co., Ltd.
Keizo UGAI,

Kuroiwa Survey Design Office Co., Ltd.

Department of Civil and Environmental Engineering, Gunma
University

前橋台地の下流部玉村町における地質断面図を図－3 に示す。
前橋砂礫層を覆って分布する前橋泥流堆積物は弱固結部を主とし，その上部は 1～2m 程度の厚さをもった N 値 50 前後の固結部に変化している。前橋泥流堆積物を覆って凝灰質シルトおよび腐植土などの軟弱な新しい堆積物が 2～3m の厚さで堆積し，前橋台地の表層部を形成している。
３．ブロックサンプリング位置の N 値
ブロックサンプリング位置およびその近接地で実施されたボーリング調査に伴う標準貫入試験で得られた N 値を図－4 に示す。
同図に示した弱固結部の N 値の分布から，上流部大渡町の N 値は深度 5～9m 間で小さく，10m 以深で増加する傾向が見える。
中流部六供町の N 値は深度 5～7m で小さく，それ以深では増加している。下流部玉村町の N 値は深度 5～7m で小さくそれ以深では増加している。このように 3 地点とも深度 5～7m 付近で N値が最も小さく，その最小値は N=3～6 の範囲にある。
このことからブロックサンプリングの位置を，礫の影響が少なくなる深度でかつ N 値の小さい区間とし，その中で掘削深さを最小限に抑えることを考慮し，弱固結部の上部に当たる深度図－3 地質断面図（下流部玉村町）5.5m±とした。
上流部：大渡町010

中流部：六供町

値

N2030010N値

20

下流部：玉村町
03000555値

N20304050

固結010深（ ）m10AA10ABCCBCD151515202020

弱 固 結

B10前橋泥流堆積物

度

図－4 ブロックサンプリング地点の N 値
４．ブロックサンプリング
図－2 に示す井野川低地と広瀬川低地に囲まれた前橋台地において上流部大渡町，中流部六供町および下流部玉村町の 3 地点でブロックサンプリングを行った。下流部玉村町で 2001 年 3 月に実施したテストピット（深さ 5.5m，底部の広さ 10m×7m）の状況を写真－1 に示す。また，上流部大渡町では 2008 年 4 月に下水道マンホール掘削部，中流部では 2009 年 3 月に下水道構造物箇所の開削部を利用してブロックサンプリングを行った。これらの状況を写真－2 および3 に示す。前橋泥流堆積物は礫を多く含むことからブロックサンプリングの可能性を懸念したが，弱固結していることもあり写真－4 に示すように 3 地点ともブロックサンプルを採取することができた。3 地点うち上流部大渡町のサンプルのみサンプルを持ち上げる時に割れることがあった。この原因は，上流部大渡町のサンプルのみが細粒分含有率
FC=8.0%ときわめて少ないことから，細粒分のセメンテーションで発揮される弱固結状態が他の 2 地点に比べやや弱くなり，砂粒子の影響が強くなったことによるものと推察される。
上流部大渡町，中流部六供町および下流部玉村町のブロックサンプリング位置，時期およびブロックサンプルの状況

を表－1 にまとめて示す。また，上流部大渡町・中流部六供町および下流部玉村町の順に並べたブロックサンプルの状
況を写真－4 に示す。

写真－2 上流部大渡町の掘削部

写真－1 下流部玉村町のテストピット：深さ 5.5m（底部 10m×7m）
写真－1 の右側掘削面の小段が前橋泥流堆積物の上面。小断面から切り込んだ底部までが固結部で，その下位は弱固結部となる。

写真－3 中流部六供町の掘削部

上流部大渡町中流部六供町

下流部玉村町

写真－4 ブロックサンプルの状況
表－1 ブロックサンプルの状況
地点名

時 期

距離深 度

サンプリング箇所の状況

ブロックサンプルの状態

上流部大渡町2008 年 4 月0.9km

5.5m

下水道マンホール掘削部を利用

持ち上げるとき割れやすい

中流部六供町2009 年 3 月

5.0km

5.4m

下水道構造物の開削部を利用

割れにくく安定している下流部玉村町

2001 年 3 月

12.2km5.5m

テストピット(10m×７ｍ)

割れにくく安定している

注）距離は図－2 に示す大渡橋から断面線に投影した距離とした。
５．繰返し非排水三軸試験と液状化強度比 RL
下流部玉村町において，新しい堆積物の単位体積重量 γt =16kN/m3 および前橋泥流堆積物の γt =19.5kN/m3 を基に深度5.5m の平均主応力σ’m を求める。現場透水試験から深度 5.5m の間隙水圧 U=22.4kN/m2 から，同深度の有効上載圧
σ’v=79.6kN/m2 が得られる。静止土圧係数を Ko=0.5 とすると，平均主応力σ’m = (σ1＋2σ3) / 3 = (79.6＋2×0.5×79.6) / 3 = 53.1 ≒ 50kN/m222となる。

この平均主応力σ’m =50kN/m を基に圧密応力σ’c =50kN/m とした条件の下で繰返し非排水三軸試験を行った。この試験で得られた軸ひずみの両振幅 DA=5% の繰返し載荷回数と繰返し応力振幅比の関係を図－5 に示す。同図から繰返し
載荷回数 Nc=20 に対する 3 地区の液状化強度比 RL を求め以下に示す。
上流部大渡町：液状化強度比 RL=0.43

上流部 大渡町
1.0

下流部玉村町：液状化強度比 RL=0.570.9

ブロックサンプルの粒径加積曲線を図－6 に示す。
細粒分含有率 FC は上流部大渡町で FC=8.0%，中流部六供町で FC=28.2%，下流部玉村町では FC=31.3%となった。中流部六供町と下流部玉村町では FC=28.2～31.3%と細粒分を比較的多く含んでいるが，下流部大渡町では FC=8.0%と細粒分が極めて少ない特徴がある。図－2 に示した既存粒度試験位置の深度 5～6m

繰返し応力振幅比６．細粒分含有率 FC と液状化強度比 RLσd/σ'0

中流部六供町：液状化強度比 RL=0.69

における FC と 3 地点の供試体から得られた FC を併

中流部 六供町

下流部 玉村町

0.80.70.60.50.40.30.20.10.0

せ図－7 にその分布を示す。この分布から，深度 5～110100

繰返し載荷回数

6m の細粒分含有率は一般に FC=20～35%であり，中1000

Nc

流部六供町および下流部玉村町はこの範囲に含まれる。
しかし上流部大渡町の FC=8.0%は極めて小さく，局

図－5 繰返し載荷回数と繰返し振幅応力比の関係図

所的な粒度特性を呈していると言えよう。

上流部中流部１中流部２中流部３下流部１下流部２下流部３下流部４中流部４4010090

細粒分
含有率80

通過質量百分率 （％）

中流部
六供町

35

細粒分(粘土＋シルト）

706050403030

下流部
玉村町

2520
15% 1020

上流部
大渡町

510000.001

0.010

0.100

粒

1.000

径

010.000

12345678910 11 12 13 14 15

大渡橋からの距離 （km）

（mm）

図－7 深度 5～6m の細粒分含有率 FC

図－6 供試体の粒径加積曲線
3 地区の液状化強度比 RL と細粒分含有0.80

率 FC の関係を求めると図－8 のように0.70なる。FC の多い中流部六供町と下流部
玉村町で RL が大きくなる傾向が認めら

繰れる。

返

一般の砂質土において細粒分が多くな三軸なり，かつ同じ細粒分含有率 FC おいて強化に対する抵抗率が高くなることが知ら0.60

しるにしたがって繰返し応力振幅比が高くは塑性指数 IP の大きい砂質土ほど液状

中流部
w L =30.7%
IP = 9.2度

下流部
wL =29.2%
IP = 7.30.50

上流部
wL =NP
IP = －0.40

比RL0.30れている。この傾向は図－8 に示したよ
うに弱固結した前橋泥流堆積物にも当てはまるようである。
上流部大渡町の場合，供試体の細粒分

0.20051015202530

細粒分含有率 FC （％）

図－8 細粒分含有率 FC と液状化強度比 RL の関係

3540

含有率が FC=8.0%と小さいことから，細粒分間のセメンテーションに比べ粗粒子間のセメンテーションの結合力が小さくなるものと推察され，そのため RL も小さくなるものと考えられる。
７．液状化強度比 RL の試験値と N 値による算定値との比較
下流部玉村町で実施した三成分コーン貫入試験から深度方向の液状化強度比 RL の増加傾向を推定した結果、深度方向に 0.01/m の増加が推定できた。この深度方向の RL の増加を考慮しブロックサンプルを基にした RL の深度方向の分布を求め図－9 に示す。
また同図に N 値による RL の算定値を比較のために併記した。N 値による RL の算定値は道路橋示方書 V 耐震設計編 2)の算定方法を用いた。算定方法を以下に示す。
RL = 0.0882 (Na / 1.7)0.5(Na＜14)(1)

RL = 0.0882 (Na / 1.7)0.5＋1.6×10-6・(Na－14)4.5(14≦Na)(1’)

砂質土の場合液状化強度比 RL

Na =c1・N1＋c2(2)0.0N1 = 170N / (σ’v＋70)
c1 = 10.10.20.30.40.50.60.70.84.0

試験値(0%≦FC＜10%)

c1 = (FC＋40) /50(10%≦FC＜60%)

c1 = FC / 20－1(60%≦FC)

c2 = 0(0%≦FC＜10%)c2 = (FC－10) /18(10%≦FC)

5.06.0

深度

7.0ｍ

ただし，RL：液状化強度比

8.0

N：N 値
FC：細粒分含有率

9.0

これまでＮ値から算定されていた上式の方法で算定した RL 値は，図－9 に示す様に RL=0.1～0.3 ときわめて小10.0

さく表示される。一方，ブロックサンプルの繰り返し非排水三軸試験から得られた RL 値は RL=0.43～0.69 と大きく，両者の値には明瞭な差異が認められる。

上流部大渡町(N値より）

上流部大渡町（試験値より）

中流部六供町（N値より）

中流部六供町（試験値より）下流部玉村町（N値より）下流部玉村町（試験値より）

図－9 液状化強度比 RL の比較図

８．液状化の判定
道路橋示方書Ⅴ耐震設計編 2) では，橋の供用期間中に発生する確率は低いが大きな強度をもつ地震動（レベル 2）を対象とし，プレート境界型地震を想定したタイプⅠの地震動と，内陸直下型地震を想定したタイプⅡの地震動についてそれぞれ液状化判定が行われている。同示方書における地盤種別の基準を基に前橋泥流堆積物をⅡ種地盤とし，液状化判定を行う。
液状化に対する抵抗率 FL を求める式を以下に示す。
FL = R / L

R：動的せん断抵抗比 Ｌ：地震時せん断応力比
R = cw・RL(4)

L = γd・khg・σv /σ’v

(5)γd = 1.0－0.015x

x：深度khg = cz・khg0cz：地域別補正係数(群馬県：cz=1)

タイプⅠの地震動の場合
cw = 1.0
khg0 = 0.35

(Ⅱ種地盤の場合)タイプⅡの地震動の場合
cw = 1.0(RL≦0.1)

cw = 3.3RL＋0.67(0.1<RL≦0.4)

cw = 2.0(0.4＜RL)

khg0 = 0.70
液状化の判定基準

表－2 液状化判定に用いた上載圧と間隙水圧(3)(Ⅱ種地盤の場合)
FL ≦ 1.0 ：液状化する

深度

上載圧 σv2(kN/m )間隙水圧 U(kN/m2 )

上流部
大渡町

中流部
六供町

下流部
玉村町

上流部
大渡町

中流部
六供町

下流部
玉村町

2.5

40.00

40.00

43.50

0.00

0.00

0.00

3.5

56.00

57.40

63.00

0.00

9.00

9.00

4.5

73.65

76.20

82.50

3.00

15.00

15.00

5.5

92.95

95.00

102.00

11.71

22.40

22.40

6.5

112.25113.80121.50

17.43

31.10

31.10

7.5

131.55132.60141.00

25.88

39.90

39.90

8.5

150.85151.40160.50

34.63

48.60

48.60

9.5

170.15170.20180.00

43.38

56.00

56.00

(ｍ )

3

上流部大渡町 γt =19.3kN/m
前橋泥流堆積物の単位体積重量3

中流部六供町 γt =18.8kN/m

3

下流部玉村町 γt =19.5kN/m

前橋泥流堆積物の間隙水圧：現場透水試験の平行水位から推定

FL ＞ 1.0 ：液状化しない
上記の液状化判定式に表－2 に示す 3 地点上載圧と間隙水圧を考慮し，前橋泥流堆積物の液状化判定を行った。

タイプⅠの地震動の液状化に対する抵抗率 FL を図－10 に，タイプⅡの地震動の液状化に対する抵抗率 FL を図－11 に示す。なお，図－10 および図－11 において示した深度 5.5m の試験値による FL は，ブロックサンプルの試験値 RL に対応する FL である。
液状化に対する抵抗率（タイプⅠ）
0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

FL
1.4

液状化に対する抵抗率（タイプⅡ）
1.6

1.8

0.0

4.0

4.0

5.0

5.06.0

深
度

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

FL
1.4

1.6

1.8

6.0

深
度

7.0ｍ

7.0ｍ
8.0

8.0

9.0

9.0

10.0

10.0
上流部大渡町（N値より）

上流部大渡町（試験値より）上流部大渡町（N値より）

上流部大渡町（試験値より）

中流部六供町（N値より）

中流部六供町（試験値より）

中流部六供町（N値より）

中流部六供町（試験値より）下流部玉村町（N値より）下流部玉村町（試験値より）下流部玉村町（N値より）下流部玉村町（試験値より）

図－10 液状化に対する抵抗率 FL

図－11 液状化に対する抵抗率 FL（タイプⅠ：プレート境界型）（タイプⅡ：内陸直下型）

図－10 と図－11 から，従来の N 値から算定された液状化強度比 RL を基にした液状化に対する抵抗率 FL はタイプⅠの地震動に対してほぼ FL=0.3～0.7 の範囲にあり，またタイプⅡの地震動に対してはほぼ FL=0.1～0.6 の範囲にプロットされ，いずれも FL＜1.0 であり“液状化する”と判定された。しかし，ブロックサンプルすなわち乱さない試料を用いた液状化強度比 RL=0.43～0.69 を基にした液状化に対する抵抗率 FL はタイプⅠとタイプⅡとも同じ値を示し，FL=1.15～1.7の範囲にあり，3 地点とも FL＞1.0 から“液状化しない”と逆の判定となった。
９．あとがき
前橋泥流堆積物の液状化をこれまで N 値から判定してきた。今回，この地盤の分布域から代表できる上・中および下流部の 3 地点でブロックサンプルを基にした繰り返し非排水三軸試験で液状化強度比 RL を求め液状化判定をおこなった
結果，前橋泥流堆積物は“液状化しない”と判定でき，従来の N 値からの液状化するとの判定とは逆な判定が得られ，N 値からの判定を否定することになった。
前橋泥流堆積物は弱固結した地盤である。一方，N 値による液状化強度特性の算定は未固結な砂質土地盤を対象としている。この判定から，弱固結地盤の液状化強度特性は N 値で評価することができないといえる。すなわち，前橋泥流堆積物は液状化判定に N 値を適用することが困難な地域特性のある地盤であると判断される。
弱固結した前橋泥流堆積物の“液状化しない”との判定で，構造物基礎の経費が大幅に低減されることになる。すな
わち液状化強度特性を正当に評価することでコスト縮減の可能性が高くなることから，重要構造物の設計施工に際して当地盤の乱さない試料を採取し液状化強度特性を求める努力を続けることが望まれる。
現段階では，露頭観察やブロックサンプルの状態および走査電子顕微鏡観察などを基に「前橋泥流堆積物が弱固結している」と判断しているが，この固結状態の程度を力学的に証明するまでには至っていない。今後の研究課題として，固結状態の程度の明確化と，固結状態の程度と液状化強度特性の発現との関係の究明等が挙げられる。
謝辞：(財)群馬県建設技術センターおよび前橋市下水道建設課にはブロックサンプリングと室内試験の実施の機会を与えていただき，かつデータを提供して頂いた。また，応用地質(株)コアラボにおいて困難な試料整形作業を始めとし室内試験に対する協力を得て液状化強度特性を確認することができた。ここに関係者各位に深く感謝する次第である。
参考文献
1) 設楽信昭，樋口邦弘，武井上巳，廣井由美，鵜飼恵三：前橋泥流堆積物からなる地盤の液状化強度，第 47 回地盤工学シンポジウム，pp.165-172，2002．
2) 社団法人日本道路協会：道路示方書・同解説 Ｖ 耐震設計編，pp.121-123，2002．