JP2007333707A - 土質材料の評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】せん断開始時点の比体積v0と平均主応力p´の異なる複数の三軸せん断試験を実施し、比体積v(土粒子の体積を1としたときの土全体の体積)、三軸供試体がせん断中に圧縮から膨張に転ずるときまでに発生した体積ひずみ量εVmaxとし、試験結果B、Cにおいて(εVmax)B=(εVmax)Cならば(v)B+λ(lnp´)B=(v)C+λ(lnp´)Cが成り立つとして、圧縮指数λを下式
λ=((v)B−(v)C)/((lnp´)C−(lnp´)B)
により求める。
【選択図】図4
Description
λ=((v)B−(v)C)/((lnp´)C−(lnp´)B)
本発明による土質材料の評価方法は、せん断開始時点の比体積v0と平均主応力p´の異なる複数の三軸せん断試験を実施する手順と、比体積v(土粒子の体積を1としたときの土全体の体積)、三軸供試体がせん断中に圧縮から膨張に転ずるときまでに発生した体積ひずみ量εVmaxとし、試験結果B、Cにおいて(εVmax)B=(εVmax)Cならば(v)B+λ(lnp´)B=(v)C+λ(lnp´)Cが成り立つとして、圧縮指数λを下式
λ=((v)B−(v)C)/((lnp´)C−(lnp´)B)
により求める手順とを有する点に特徴を有する。
また、本発明による土質材料の評価方法の他の特徴とするところは、前記三軸せん断試験は、平均主応力一定排水三軸せん断試験である点にある。
また、本発明による土質材料の評価方法の他の特徴とするところは、前記三軸せん断試験に先立って、三軸供試体に載荷と除荷を繰り返す静的載荷による攪乱を与える点にある。
また、本発明による土質材料の評価方法の他の特徴とするところは、前記繰り返し載荷を被った三軸供試体から得られた一連の試験結果(第1グループの試験結果)より、土質材料の弾塑性パラメータとして、限界状態パラメータM及びΓ、ポアソン比ν´、圧縮指数λ、膨潤指数κ、及び正規圧密線の位置を決めるパラメータNを求める点にある。
また、本発明による土質材料の評価方法の他の特徴とするところは、前記第1グループの試験結果より求められた弾塑性パラメータを用いて、式(3)の降伏関数F=0より、上負荷面と正規降伏面の大きさの比R*=py´正規降伏面/py´上負荷面=R* 0=1、U*=dR*/dεS p=0として、式(5)、(6)を用いて上負荷面と下負荷面の大きさの比R=py´下負荷面/py´上負荷面を求める手順と、体積ひずみ増分dεV、せん断ひずみ増分dεS、平均主応力増分dp´、軸差応力増分dq、D=(λ−κ)/(Mv0)、Λ=1−κ/λ、N´=3(1−2ν´)/(1+ν´)、ψ=dεV p/dεS p=(M2−η´2)/(2η´)、平均主応力p´、応力比η´=q/p´した弾塑性構成式(1)、(2)、(4)を前記第1グループの試験結果にあてはめることにより、もしくは式(7)を用いて、Rの変化率U=dR/||dεp||=dR/((dεV p)2+(dεS p)2)0.5を決定する手順とを有する点にある。
また、本発明による土質材料の評価方法の他の特徴とするところは、弾塑性構成式(1)、(2)に一次元圧縮条件を導入して得られた式(8)とψ=(M2−η´2)/2η´を同時に満たすη´=η´K0より、地盤の初期状態を表わす静止土圧係数K0=(3−η´K0)/(2η´K0+3)を決定する点にある。
以下の説明において、比体積v=V(土全体の体積)/VS(土粒子の体積)、体積ひずみεV=(v(せん断中の比体積)−v0(せん断開始時点の比体積))/vi(初期状態の比体積)、せん断ひずみεS=εa−εV/3、軸ひずみεa=(H(せん断中の高さ)−H0(せん断開始時点の高さ))/Hi(初期状態の高さ)である。ここで、比体積(specific volume)とは、土粒子の体積を1としたときの土全体の体積のことである。土は土粒子と間隙からなるが、土全体の体積をV、土粒子の体積をVS、間隙の体積をVVとすると、上記のように比体積v=V/VSと表わされる。間隙比e=VV/VSはよく知られたパラメータであるが、v=1+eの関係がある。なお、vは体積比と称される場合もある。
試料は、鹿児島県垂水市で採取された山シラスであり、850μmふるいを通過し75μmふるいに残留したものを使用した。土粒子の密度2.42g/cm3、最大間隙比1.76、最小間隙比1.00である。三軸供試体は試料を水中落下させてモールドに体積したものを凍結して作製した。この供試体の作製に伴うシラス土粒子の構造を消失させるために、いずれの供試体も平均有効主応力p´=0.5kgf/cm2において平均主応力一定条件で応力比η´=q/p´=1.2(q:軸差応力)までの載荷と除荷を繰り返す静的載荷による攪乱を与えている。繰り返し回数はいずれも2回とした。
既述したように、(ηpeak´)B=(ηpeak´)Cではなく、三軸供試体がせん断中に圧縮から膨張に転ずるときまでに発生した体積ひずみ量εVmaxに着目して、(εVmax)B=(εVmax)Cならば(vλ)B=(vλ)Cとして圧縮指数λを決定する。
平均主応力一定排水三軸せん断試験結果より、シラスの構造喪失及び過圧密解消のメカニズムを測定した。まず、繰り返し載荷を被った供試体から得られた一連の試験結果(第1グループの試験結果)を構造の消滅したシラスの試験結果とみなして、弾塑性パラメータ並びに過圧密解消のメカニズムを測定した。
図7は、平均主応力一定排水三軸せん断試験の概要を示す。上述したのと同様に、供試体の構造を消滅させるため、平均有効主応力p´=0.5kgf/cm2で応力比η´=q/p´=1.20までの載荷と除荷を2サイクル繰り返した。その後、所定の拘束圧まで等方圧縮して平均主応力一定排水三軸せん断試験を実施することにより、計13個のシラス供試体の試験結果(第1グループの試験結果)を得ることができた。繰り返し載荷における応力比η´=1.20は、供試体がせん断中圧縮から膨張に転ずるところの応力比M=1.28(計15個のシラス供試体による第2グループの試験結果の平均値)よりも僅かに小さな値となっている。
下負荷面並びに上負荷面の考え方(非特許文献3)を反映させた弾塑性構成式、式(1)〜式(4)を第1グループの試験結果にあてはめることにより、シラスの弾塑性パラメータと過圧密解消のメカニズムを決定する。ただし、ここでは上負荷面と正規降伏面の大きさの比R*=R* 0=1、R*の変化率U*=0としている。
図8に示す第2グループの試験結果よりシラス供試体の構造喪失のメカニズムを測定する。上で決定した弾塑性パラメータと過圧密解消のメカニズムをそのまま利用して、上記のようにして求められたRを用いて、式(3)を使ってR*の変化を決定した(図14を参照)。このように構造のない場合のRと構造のある場合のR*を同じ式で使うことから、既述したように、第1のグループと第2のグループとでせん断開始時点の比体積v0と平均主応力p´が略一致するものを取り出したものである。また、R*の変化率U*の変化は試験結果及び式(1)(もしくは式(2)でもよい)より求めたmを式(4)に用いて測定した、得られた構造喪失のメカニズム(U*〜R*関係)を図15に示す。
図12よりシラス供試体はせん断開始時に過圧密比1/Rは16程度、せん断により徐々に過圧密は解消されるがピーク破壊に至っても過圧密比3〜4を残し、過圧密解消の速度は遅い。一方、図14よりせん断開始時に構造の程度1/R*は1.16程度、せん断が始まってもなかなか構造は喪失しないが、圧縮から膨張に転ずるあたりより急激に喪失して、ピーク破壊時に完全に消滅している(R*=1)。このことから、試験に用いたシラスは典型的な「砂質土である」と力学的に判断することができる。
200 データロガー
300 情報処理装置
Claims (8)
- 三軸せん断試験を実施して、三軸供試体がせん断中に圧縮から膨張に転ずるときの試験結果より土質材料の弾塑性パラメータを決定することを特徴とする土質材料の評価方法。
- せん断開始時点の比体積v0と平均主応力p´の異なる複数の三軸せん断試験を実施する手順と、
比体積v(土粒子の体積を1としたときの土全体の体積)、三軸供試体がせん断中に圧縮から膨張に転ずるときまでに発生した体積ひずみ量εVmaxとし、試験結果B、Cにおいて(εVmax)B=(εVmax)Cならば(v)B+λ(lnp´)B=(v)C+λ(lnp´)Cが成り立つとして、圧縮指数λを下式
λ=((v)B−(v)C)/((lnp´)C−(lnp´)B)
により求める手順とを有することを特徴とする土質材料の評価方法。 - 前記三軸せん断試験は、平均主応力一定排水三軸せん断試験であることを特徴とする請求項1又は2に記載の土質材料の評価方法。
- 前記三軸せん断試験に先立って、三軸供試体に載荷と除荷を繰り返す静的載荷による攪乱を与えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の土質材料の評価方法。
- 前記繰り返し載荷を被った三軸供試体から得られた一連の試験結果(第1グループの試験結果)より、土質材料の弾塑性パラメータとして、限界状態パラメータM及びΓ、ポアソン比ν´、圧縮指数λ、膨潤指数κ、及び正規圧密線の位置を決めるパラメータNを求めることを特徴とする請求項4に記載の土質材料の評価方法。
- 前記第1グループの試験結果より求められた弾塑性パラメータを用いて、式(3)の降伏関数F=0より、上負荷面と正規降伏面の大きさの比R*=py´正規降伏面/py´上負荷面=R* 0=1、U*=dR*/dεS p=0として、式(5)、(6)を用いて上負荷面と下負荷面の大きさの比R=py´下負荷面/py´上負荷面を求める手順と、
体積ひずみ増分dεV、せん断ひずみ増分dεS、平均主応力増分dp´、軸差応力増分dq、D=(λ−κ)/(Mv0)、Λ=1−κ/λ、N´=3(1−2ν´)/(1+ν´)、ψ=dεV p/dεS p=(M2−η´2)/(2η´)、平均主応力p´、応力比η´=q/p´した弾塑性構成式(1)、(2)、(4)を前記第1グループの試験結果にあてはめることにより、もしくは式(7)を用いて、Rの変化率U=dR/||dεp||=dR/((dεV p)2+(dεS p)2)0.5を決定する手順とを有することを特徴とする請求項5に記載の土質材料の評価方法。
- 前記第1グループの試験結果より求められた弾塑性パラメータ、前記U〜R関係及び繰り返し載荷を伴わない三軸供試体から得られた第2グループの試験結果を用いて、式(3)の降伏関数F=0より、上負荷面と正規降伏面の大きさの比R*を求める手順と、
弾塑性構成式(1)、(2)、(4)を第2グループの試験結果にあてはめることにより、R*の変化率U*を決定する手順とを有することを特徴とする請求項6に記載の土質材料の評価方法。
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