JP3646200B2 - 土のせん断剛性の測定方法 - Google Patents
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土のせん断剛性の測定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土の液状化時、及び側方流動化時におけるせん断剛性を求める方法はなかった。なお、側方流動は、液状化に伴い地盤が大きく側方に動く現象であり、例えば、１０ｍ以上の地盤の水平変位や、１００％以上の液状化層のせん断歪みなど、非常に大きな地盤変状が生じ、構造物（杭、護岸など）に大きな被害を発生するもので、まだ、このメカニズムは不明な点が多く残されている。
【０００３】
中空供試体のせん断剛性は、従来、例えば、ねじり試験器に中空供試体を配置し、ねじり力（トルク）と回転角を中空供試体の境界で測定することによって求めている。このような方法では、供試体の境界で力と変位を測定することになるので、側方流動中のような超低拘束圧時の土のせん断剛性を求めることは殆ど不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
＜イ＞本発明は、側方流動化時における土のせん断剛性を正確に求めることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、両端が開放している中空の円筒スリーブに土を充填して中空供試体を作成し、中空供試体の両端の土内にベンダーエレメントを配置し、中空供試体内の土にトルクをかけて土に歪みを発生させ、一方のベンダーエレメントにパルス信号を付与し、パルス信号で中空供試体に発生したせん断波を他方のベンダーエレメントで受信し、中空供試体の土中を伝搬するせん断波の速度を求め、せん断波の速度から土のせん断剛性を求めることを特徴とする、土のせん断剛性の測定方法、又は、
前記土のせん断剛性の測定方法において、中空供試体内の土に荷重をかけ、地盤の深度に応じた状態を再現して測定することを特徴とする、土のせん断剛性の測定方法にある。
【０００６】
【発明の実施の態様】
以下、図面を用いて本発明の実施の態様を説明する。
【０００７】
＜イ＞せん断剛性の測定方法の概要
土の試験体として、中空供試体又は三軸供試体を作成し、試験体の両端の土内にせん断の測定に使用するベンダーエレメントをそれぞれ取付ける。
【０００８】
この試験体を試験機内に設置し、試験体をねじり１００％以上せん断して側方流動化状態にし、その状態で、ベンダーエレメントの一方にパルス信号を与え、地中にせん断波（Ｓ波）を伝搬させ、他方のベンダーエレメントで伝搬してきたせん断波を受信する。そして、せん断波の土中の伝搬速度を求めて、関係式（せん断剛性Ｇｓ＝密度ρ×せん断波速度Ｖｓ2）からせん断剛性を算出する。
【０００９】
＜ロ＞ベンダーエレメント
ベンダーエレメントは、せん断波の発生と受信を行い、直接せん断波速度を測定できるもので、例えば、材質は圧電セラミックであり、形状は高さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍとする。
図１にせん断波の発生と受信を行い、土のせん断剛性を測定する装置を示している。一方のベンダーエレメント１０にパルサー１１からパルス信号を入力する。そのパルス信号は、オシロスコープ１３で表示でき、例えば図２にその一例を示している。
一方のベンダーエレメント１０がパルサー１１からパルス信号を受けると、試験体にせん断波を伝搬させる。伝搬して来たせん断波は、他方のベンダーエレメント１０が受信し、フィルター１２を介してオシロスコープ１３にその波形を表示する。その一例を図２に示す。
入力パルスの発信時とせん断波の到達時からせん断波の到達時間ΔＴを求めることができる。そして、一対のベンダーエレメント間の距離が分かると、せん断波の伝搬速度を算出することができる。これらの算出は、例えばマイクロコンピュータ１４に測定データを入力して行うことができる。
【００１０】
＜ハ＞側方流動化試験時のせん断剛性の測定
試験体として、中空供試体２０を作成する。中空供試体２０は、中心部が中空の円筒状で、両端が開放されている中空供試体用スリーブ２１に測定する土２３を内部に充填するものである。中空供試体用スリーブ２１は、例えばゴムスリーブにして土のまわりを覆っている。
中空供試体２０を側方流動化用試験機内に図３にように設置する。スリーブ２１の上下の開口部にそれぞれ多孔板２４を配置して土をスリーブ内に閉じこめる。各多孔板２４にはベンダーエレメント１０が取り付けられる。ベンダーエレメント１０は、例えば上部と下部にそれぞれ２個設ける。
スリーブ２１の下部は、底盤２２に固定され、スリーブ２１の上部はキャップ２５に取り付けられ、ロッド２７からのトルク及び荷重を受ける。これにより、内部の土がねじれを受ける。この状態で、図４のように上方のベンダーエレメント１０にパルス電圧を印加すると、せん断波が土中を伝搬し、下方のベンダーエレメント１０に到達する。下方のベンダーエレメント１０には、せん断波の受信による電気信号が発生する。土には、Ａ部分を例にとると、４辺にせん断応力τが働いている。
パルス電圧の印加時からせん断波の受信時までの時間を測定することにより、せん断波の到達時間を求めることができる。そして、上方と下方のベンダーエレメントの間隔からせん断波の伝搬速度を算出し、せん断剛性を求める。
側方流動化用試験機のロッド２７は、ストロークベアリング２８を介して回転力が付与され、回転角を回転角測定用アタッチメント２９に取り付けたポテンショメータで測定される。また、ロッドには荷重が付与され、ロードセル２６で測定される。なお、ロッドに荷重をかけることにより、地盤の深さに応じた応力状態を供試体２０に再現することができる。
【００１１】
＜ニ＞液状化試験時のせん断剛性の測定
試験体として、三軸供試体３０を作成する。三軸供試体３０は、両端が開放されあ三軸供試体用スリーブ３１、例えば円柱形のゴムスリーブに測定する土を内部に充填するものである。この寸法は、例えば高さ１５ｃｍ、直径７．５ｃｍの円柱形とする。
三軸供試体３０を液状化用試験機内に図５にように設置する。底盤３２上に円柱形の上下の開口部にそれぞれ多孔板３４を配置して土３３を三軸供試体用スリーブ３１内に閉じこめる。各多孔板３４にはベンダーエレメント１０がシリコーン３５を介して取り付けられる。ベンダーエレメント１０の一端は、土の中に例えば１０ｍｍ程挿入され、他端はエポキシ３６が取り付けられている。一方のベンダーエレメント１０にパルスを印加し、他方のベンダーエレメント１０から信号を取り出す引出線３７が各々に取り付けられている。
土３３が液状化された状態で測定する場合、三軸供試体用スリーブ３１内の土にピストン３８により繰り返し荷重を付与して土３３を液状化し、上方のベンダーエレメント１０にパルス電圧を印加すると、せん断波が土中を伝搬し、下方のベンダーエレメント１０に到達する。下方のベンダーエレメント１０には、せん断波の受信による電気信号が発生する。
パルス電圧の印加時からせん断波の受信時までの時間を測定することにより、せん断波の到達時間を求めることができる。そして、上方と下方のベンダーエレメント１０の間隔からせん断波の伝搬速度を算出し、せん断剛性を求める。
【００１２】
＜ホ＞試験結果
三軸供試体による液状化試験結果を図６に示しおり、この曲線は応力経路と呼ばれている。横軸が平均有効応力ｐ、縦軸が軸差応力ｑです。横軸のｐが０に近づくと液状化が発生している状態です。黒丸はせん断波を測定した場所を示します。ｅは、間隙比を示している。
この方法により、これまで求めることが困難であった低拘束圧下でのせん断剛性を求めることができた。図７〜図８は、図６で示した平均有効応力ｐとせん断剛性Ｇｓの関係を示したものです。平均有効応力ｐが小さくなるに従って、せん断剛性Ｇｓが減少していることが分かります。従来の方法では、ｐ＝０．５ｋｇｆ／ｃｍ2までしかせん断剛性Ｇｓを測定することができませんでしたが、ベンダーエレメントを用いることにより初めてｐ＜０．５ｋｇｆ／ｃｍ2より低い拘束圧下でのせん断剛性を求めることができた。
図７〜図８のせん断剛性Ｇｓは、せん断波速度Ｖｓを測定し、その測定値を関係式（せん断剛性Ｇｓ＝密度ρ×せん断波速度Ｖｓ2）に入れて計算した結果を示している。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果を得ることができる。
＜イ＞側方流動化状態の土のせん断剛性を測定することができる。
＜ロ＞液状化状態の土のせん断剛性を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】せん断剛性を測定する装置図
【図２】せん断波の発生と受信のタイムチャート図
【図３】土の側方流動化試験装置図
【図４】トルクがかかっている土の側方流動化状態図
【図５】土の液状化試験装置図
【図６】非排水せん断応力の測定図
【図７】圧縮側のせん断剛性と平均応力の関係図
【図８】伸張側のせん断剛性と平均応力の関係図
【発明の属する技術分野】
本発明は、土のせん断剛性の測定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土の液状化時、及び側方流動化時におけるせん断剛性を求める方法はなかった。なお、側方流動は、液状化に伴い地盤が大きく側方に動く現象であり、例えば、１０ｍ以上の地盤の水平変位や、１００％以上の液状化層のせん断歪みなど、非常に大きな地盤変状が生じ、構造物（杭、護岸など）に大きな被害を発生するもので、まだ、このメカニズムは不明な点が多く残されている。
【０００３】
中空供試体のせん断剛性は、従来、例えば、ねじり試験器に中空供試体を配置し、ねじり力（トルク）と回転角を中空供試体の境界で測定することによって求めている。このような方法では、供試体の境界で力と変位を測定することになるので、側方流動中のような超低拘束圧時の土のせん断剛性を求めることは殆ど不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
＜イ＞本発明は、側方流動化時における土のせん断剛性を正確に求めることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、両端が開放している中空の円筒スリーブに土を充填して中空供試体を作成し、中空供試体の両端の土内にベンダーエレメントを配置し、中空供試体内の土にトルクをかけて土に歪みを発生させ、一方のベンダーエレメントにパルス信号を付与し、パルス信号で中空供試体に発生したせん断波を他方のベンダーエレメントで受信し、中空供試体の土中を伝搬するせん断波の速度を求め、せん断波の速度から土のせん断剛性を求めることを特徴とする、土のせん断剛性の測定方法、又は、
前記土のせん断剛性の測定方法において、中空供試体内の土に荷重をかけ、地盤の深度に応じた状態を再現して測定することを特徴とする、土のせん断剛性の測定方法にある。
【０００６】
【発明の実施の態様】
以下、図面を用いて本発明の実施の態様を説明する。
【０００７】
＜イ＞せん断剛性の測定方法の概要
土の試験体として、中空供試体又は三軸供試体を作成し、試験体の両端の土内にせん断の測定に使用するベンダーエレメントをそれぞれ取付ける。
【０００８】
この試験体を試験機内に設置し、試験体をねじり１００％以上せん断して側方流動化状態にし、その状態で、ベンダーエレメントの一方にパルス信号を与え、地中にせん断波（Ｓ波）を伝搬させ、他方のベンダーエレメントで伝搬してきたせん断波を受信する。そして、せん断波の土中の伝搬速度を求めて、関係式（せん断剛性Ｇｓ＝密度ρ×せん断波速度Ｖｓ2）からせん断剛性を算出する。
【０００９】
＜ロ＞ベンダーエレメント
ベンダーエレメントは、せん断波の発生と受信を行い、直接せん断波速度を測定できるもので、例えば、材質は圧電セラミックであり、形状は高さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍとする。
図１にせん断波の発生と受信を行い、土のせん断剛性を測定する装置を示している。一方のベンダーエレメント１０にパルサー１１からパルス信号を入力する。そのパルス信号は、オシロスコープ１３で表示でき、例えば図２にその一例を示している。
一方のベンダーエレメント１０がパルサー１１からパルス信号を受けると、試験体にせん断波を伝搬させる。伝搬して来たせん断波は、他方のベンダーエレメント１０が受信し、フィルター１２を介してオシロスコープ１３にその波形を表示する。その一例を図２に示す。
入力パルスの発信時とせん断波の到達時からせん断波の到達時間ΔＴを求めることができる。そして、一対のベンダーエレメント間の距離が分かると、せん断波の伝搬速度を算出することができる。これらの算出は、例えばマイクロコンピュータ１４に測定データを入力して行うことができる。
【００１０】
＜ハ＞側方流動化試験時のせん断剛性の測定
試験体として、中空供試体２０を作成する。中空供試体２０は、中心部が中空の円筒状で、両端が開放されている中空供試体用スリーブ２１に測定する土２３を内部に充填するものである。中空供試体用スリーブ２１は、例えばゴムスリーブにして土のまわりを覆っている。
中空供試体２０を側方流動化用試験機内に図３にように設置する。スリーブ２１の上下の開口部にそれぞれ多孔板２４を配置して土をスリーブ内に閉じこめる。各多孔板２４にはベンダーエレメント１０が取り付けられる。ベンダーエレメント１０は、例えば上部と下部にそれぞれ２個設ける。
スリーブ２１の下部は、底盤２２に固定され、スリーブ２１の上部はキャップ２５に取り付けられ、ロッド２７からのトルク及び荷重を受ける。これにより、内部の土がねじれを受ける。この状態で、図４のように上方のベンダーエレメント１０にパルス電圧を印加すると、せん断波が土中を伝搬し、下方のベンダーエレメント１０に到達する。下方のベンダーエレメント１０には、せん断波の受信による電気信号が発生する。土には、Ａ部分を例にとると、４辺にせん断応力τが働いている。
パルス電圧の印加時からせん断波の受信時までの時間を測定することにより、せん断波の到達時間を求めることができる。そして、上方と下方のベンダーエレメントの間隔からせん断波の伝搬速度を算出し、せん断剛性を求める。
側方流動化用試験機のロッド２７は、ストロークベアリング２８を介して回転力が付与され、回転角を回転角測定用アタッチメント２９に取り付けたポテンショメータで測定される。また、ロッドには荷重が付与され、ロードセル２６で測定される。なお、ロッドに荷重をかけることにより、地盤の深さに応じた応力状態を供試体２０に再現することができる。
【００１１】
＜ニ＞液状化試験時のせん断剛性の測定
試験体として、三軸供試体３０を作成する。三軸供試体３０は、両端が開放されあ三軸供試体用スリーブ３１、例えば円柱形のゴムスリーブに測定する土を内部に充填するものである。この寸法は、例えば高さ１５ｃｍ、直径７．５ｃｍの円柱形とする。
三軸供試体３０を液状化用試験機内に図５にように設置する。底盤３２上に円柱形の上下の開口部にそれぞれ多孔板３４を配置して土３３を三軸供試体用スリーブ３１内に閉じこめる。各多孔板３４にはベンダーエレメント１０がシリコーン３５を介して取り付けられる。ベンダーエレメント１０の一端は、土の中に例えば１０ｍｍ程挿入され、他端はエポキシ３６が取り付けられている。一方のベンダーエレメント１０にパルスを印加し、他方のベンダーエレメント１０から信号を取り出す引出線３７が各々に取り付けられている。
土３３が液状化された状態で測定する場合、三軸供試体用スリーブ３１内の土にピストン３８により繰り返し荷重を付与して土３３を液状化し、上方のベンダーエレメント１０にパルス電圧を印加すると、せん断波が土中を伝搬し、下方のベンダーエレメント１０に到達する。下方のベンダーエレメント１０には、せん断波の受信による電気信号が発生する。
パルス電圧の印加時からせん断波の受信時までの時間を測定することにより、せん断波の到達時間を求めることができる。そして、上方と下方のベンダーエレメント１０の間隔からせん断波の伝搬速度を算出し、せん断剛性を求める。
【００１２】
＜ホ＞試験結果
三軸供試体による液状化試験結果を図６に示しおり、この曲線は応力経路と呼ばれている。横軸が平均有効応力ｐ、縦軸が軸差応力ｑです。横軸のｐが０に近づくと液状化が発生している状態です。黒丸はせん断波を測定した場所を示します。ｅは、間隙比を示している。
この方法により、これまで求めることが困難であった低拘束圧下でのせん断剛性を求めることができた。図７〜図８は、図６で示した平均有効応力ｐとせん断剛性Ｇｓの関係を示したものです。平均有効応力ｐが小さくなるに従って、せん断剛性Ｇｓが減少していることが分かります。従来の方法では、ｐ＝０．５ｋｇｆ／ｃｍ2までしかせん断剛性Ｇｓを測定することができませんでしたが、ベンダーエレメントを用いることにより初めてｐ＜０．５ｋｇｆ／ｃｍ2より低い拘束圧下でのせん断剛性を求めることができた。
図７〜図８のせん断剛性Ｇｓは、せん断波速度Ｖｓを測定し、その測定値を関係式（せん断剛性Ｇｓ＝密度ρ×せん断波速度Ｖｓ2）に入れて計算した結果を示している。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果を得ることができる。
＜イ＞側方流動化状態の土のせん断剛性を測定することができる。
＜ロ＞液状化状態の土のせん断剛性を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】せん断剛性を測定する装置図
【図２】せん断波の発生と受信のタイムチャート図
【図３】土の側方流動化試験装置図
【図４】トルクがかかっている土の側方流動化状態図
【図５】土の液状化試験装置図
【図６】非排水せん断応力の測定図
【図７】圧縮側のせん断剛性と平均応力の関係図
【図８】伸張側のせん断剛性と平均応力の関係図
Claims (2)
- 両端が開放している中空の円筒スリーブに土を充填して中空供試体を作成し、
中空供試体の両端の土内にベンダーエレメントを配置し、
中空供試体内の土にトルクをかけて土に歪みを発生させ、
一方のベンダーエレメントにパルス信号を付与し、
パルス信号で中空供試体に発生したせん断波を他方のベンダーエレメントで受信し、
中空供試体の土中を伝搬するせん断波の速度を求め、
せん断波の速度から土のせん断剛性を求める、
土のせん断剛性の測定方法。 - 請求項１に記載の土のせん断剛性の測定方法において、
中空供試体内の土に荷重をかけ、
地盤の深度に応じた状態を再現して測定することを特徴とする、
土のせん断剛性の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33158996A JP3646200B2 (ja) | 1996-11-27 | 1996-11-27 | 土のせん断剛性の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33158996A JP3646200B2 (ja) | 1996-11-27 | 1996-11-27 | 土のせん断剛性の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10160715A JPH10160715A (ja) | 1998-06-19 |
| JP3646200B2 true JP3646200B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=18245343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33158996A Expired - Fee Related JP3646200B2 (ja) | 1996-11-27 | 1996-11-27 | 土のせん断剛性の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3646200B2 (ja) |
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| KR100490886B1 (ko) * | 2002-11-22 | 2005-05-23 | 삼성물산 주식회사 | 삼축압축시험기 |
| KR100919485B1 (ko) * | 2007-09-21 | 2009-09-28 | 고려대학교 산학협력단 | 포크블레이드 타입 현장 전단파 속도 측정 프로브 |
| JP5279081B2 (ja) * | 2009-05-20 | 2013-09-04 | 一般財団法人電力中央研究所 | 土壌サンプルホルダ |
| KR101231654B1 (ko) * | 2010-12-10 | 2013-02-08 | 한국건설기술연구원 | 전단탄성계수 계측장치 |
| JP6252855B2 (ja) * | 2014-04-11 | 2017-12-27 | 清水建設株式会社 | せん断帯剛性算出方法及びせん断帯剛性算出用測定装置 |
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| CN106932284B (zh) * | 2017-05-16 | 2023-09-26 | 清华大学 | 一种接触面大变形剪切渗流试验装置及其使用方法 |
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| JP6921701B2 (ja) * | 2017-09-29 | 2021-08-18 | 積水化学工業株式会社 | 地盤調査方法 |
| CN111811962A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-10-23 | 温州大学 | 非饱和粗粒土土水特征曲线联合弯曲元测量装置 |
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| CN114034554B (zh) * | 2021-09-14 | 2023-08-08 | 山东高速济青中线公路有限公司 | 用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置及方法 |
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1996
- 1996-11-27 JP JP33158996A patent/JP3646200B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10160715A (ja) | 1998-06-19 |
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