JPS62264207A - 地盤の地震時液状化強度の推定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は地盤の地震時液状化強度を推定する夕法に関す
るものである。

（従来の技術およびその間電点） 砂質地盤が地震等の外力によって、その１間隙水圧が上
昇し、有効応力が減少してせ〜断強度が急激に低下する
ことにより、地下水位以下で液体状になる。現象を液状
化という。かかる液状化が発生すると、地表あるいは地
中の構造物に有害な影響を与える丸め、これを予測する
ことは耐震設計上極めて重要なことである。

かかる液状化を予測する従来の主な方法としては、例え
ば、■地形、地質等に基づいた概略の予測方法、■Ｎ［
、粒度試験結果等を用いる簡易予測方法、■室内液状化
試験及び地震応答解析等に基づいた呼細な予測方法、■
原位置試験あるいは振動台を用いた試験に基づいた予測
方法等がある。

これらの予測方法に於いて、■は安価に行なえるものの
、極めて概略釣力予測しか行なえず、逆に■１、Φ、は
精度の高い予測を行なえるものの、コストが非常に高い
。その為、通常の耐震地盤調査では■の方法が最もよく
利用されている。この方法は、標準貫入試験から得られ
るＮ値に基づくもので、比較的精度も高いが、ポーリン
グも併せて実施しなければならないので、簡易予測方法
とはいっても、比較的時間を要し、コストも高いという
問題点がある。

以上に加えて、近来、前記標準貫入試験と比較して、低
コストであると同時に、試験データが深度方向に連続的
に得られるという利点を有していルコ−ｙ　貫入試験に
基づいた予測方法も幾つか提案されている。しかしなが
らこれらの方法はいずれも先端貫入抵抗のみ、おるいは
先端貫入抵抗と周面摩擦抵抗を用いたものであって、基
本的にはＮ値を用いる前記■の方法に準じたものであり
、間隙水圧を考慮してい危いため、精度は余υ高くない
。

本発明は三成分コーン貫入試験を行なって、先端貫入抵
抗及び周面摩擦抵抗に加えて、間隙水圧も測定し、この
間隙水圧を考慮することにより、地盤の地震時液状化強
度の推定を精度良（、シかも低コストで行なえるように
し、以って前述した従来の問題点を解決することを目的
とするものである。

（問題点を解決するための手段及び作用）本発明は前述
した目的を達成するために、対象とする地盤に対して三
成分コーン貫入試験を行なって先端貫入抵抗、周面摩擦
抵抗及び間隙水圧を測定し、有効上載圧から求めた平均
主応力から前記間隙水圧より静水圧を減じて成る過剰間
隙水圧を減じて平均有効主応力を求め、前記先端貫入抵
抗と該平均有効主応力の比と、液状化強度の対応関係に
より対象地盤の地震時液状化強度を推定することを要旨
とするものでおる。以下実施例に対応する図面に基づい
て詳述する。

第１図は三成分コーン貫入試験機の要部の一例を示すも
ので、１はコーンプａ−プ、２は地上あるいは試験車上
等に設置する油圧貫入機（図示せず）に連なるロッドで
ある。コーンプローブ１に於いて、符号３は先端の円す
い状コーンで、このコーン３は先端角６０”、外径３６
ｆｉ、水平投影面積Ｌｏｔ−ｄの形状を轄準とするもの
である。該コーン３の直上部に、水で飽和させたフィル
タ４を取り付け、コーン３０貫入に伴って発生する間隙
水圧を前記フィルタ４を介して水圧計５により測定する
。符号６はコーン３０貫入に際して作用する地盤の抵抗
力、即ち先端貫入抵抗測定用のストレインゲージである
。また符号７は外径３６朋、面積Ｚｏｏ　ｃＩｉの形状
を標準とするフリクションスリーブであシ、コーン３の
貫入に際して、このフリクションスリーブ７に作用する
摩擦力、即ち周面摩擦抵抗をストレインゲージ８によっ
て測定スる。

以上の構成に於いて、対象とする地盤上の所定位置に設
置した貫入機に連なるロッド２により、毎秒１儒〜２ａ
Ｒの標準速度でコー／３を貫入し、この際の先端貫入抵
抗、周面摩擦抵抗及び間隙水正金、ロッド２内のケーブ
ルを介して外部で測定することができるのである。

本発明はこのように対象とする地盤に対する先端貫入抵
抗、周面摩擦抵抗及び間隙水圧を測定し、そして前述し
たように有効上載圧から求めた平均主応力から過剰間隙
水圧、即ち前記間隙水圧から静水圧を減じたもの、を減
じて平均有効主応力を求め、前記先端貫入抵抗と該平均
有効主応力の比と、液状化強度の対応関係により対象地
盤の地震時液状化強度を推定するものであり、かかる際
、前記周面摩擦抵抗、先端貫入抵抗とから求められる摩
擦比がある値（例えば）　０．５４よりも大きな時には
、該摩擦比に対応する正の補正量を前記推定液状化強度
に加える。即ち、本発明は次に示す関係式により、液状
化強度を推定するのである。

Ｒ７＝ｆ（ｑｅ／σ、′）＋ΔＲ・・・・・・（１）但
し、 Ｒ６：液状化強度（繰シ返し応力比） ｑＣ：先端貫入抵抗（Ｋｔｆ／ｃＩＩｉ）σ、′：平均
有効主応力（にｐｉ／ｄｌ　）σ１゜′：平均主応力　
（、ｊｋｆ／ａｔ　）σｖ′：有効上載圧　（ｈｆ／ａ
ｆ　）ΔＵ　：過剰間隙水圧（Ｋ４ｔ／ｃｓｊｉ　）Ｕ
ｄ：貫入に伴う開腹水圧　（縁ｆ／−）ＵＷ：静水圧　
（、Ｋ４ｆ／ａｉ　） ΔＲ：補正量 Ｒｆ：ｊＪ！擦比　（Ｒｆ−ｆａ／ｑｅ　（％）　）ｆ
Ｓ：周面摩擦抵抗　（Ｋ４ｆ／ｃｄ）。

尚、先端貫入抵抗（ｑｃ）あるいは周面摩擦抵抗（ｆｓ
）は、間隙水圧（Ｕｄ）の値に若干影響される性質を有
するため、その影響が大きいと考えられる場合には検定
を行った上で、測定値の補正を行なう場合もある。

とζろで、地盤の性状を表わす尺度の−である相対密度
（Ｄｒｏ）　　は、地盤の締まシ具合を主に反映するも
のであシ、液状化強度と極めて密接な関係にあることが
知られている。そこで、豊浦標準砂につき相対密度を調
整した複数の試料について、次の第１表に示す条件に於
いて室内にてコーン貫入試験を行ない、相対密度との対
応関係を調べた。

第２図（ａ）は以上の実験に基づき、相対密度（Ｄｒ・
）と、前記先端貫入抵抗と平均主応力の比（ｑｃ／σ工
・′）・　の関係を示すもので、また第２図世）は相対
密度（１）ｒ、　）と、前記先端貫入抵抗と平均有効主
応力の比（ｑｃ／ｌｔｍ’　）の関係を示すものである
。

かかる第２図（＆）、（ｂ）から、平均応力として、平
均主応力から過剰間隙水圧を減じて成る平均有効主応力
を用い九後者の方が、よセ強い対応間外にあること、即
ち砂の液状化強度と密接な関係にある相対密度（Ｄｒ・
）は、先端貫入抵抗と、過剰間隙水圧−を考鳳した平均
有効主応力の比（ｑｃ／σ、′）と良い相関があること
がわかる。

そこで次に、前述した室内試験と同一の試料及び原位置
の地盤に関して、液状化強度と前記比（ｑｅ！／’ｖａ
ｌ）′）、（ｑｃ／ｌＩｍ）と（ｆ）　対応Ｈ係ｔ　１
１　ヘｆｔ。尚、室内試験の試料に対する液状化強度は
振動三輪試験に基づく繰返し応力比として表わし、また
原位置に於ける液状化強度は道路橋示方書に基づいた値
で表わした。第３図（ａ）、＜ｂ）は、液状化強緻（Ｒ
ｉ）に対する、夫々比（ｑｃ／へ。’）＝（ｑｃ／σｍ
′）の関係を示すもので、かかる図から、前述した相対
密度（Ｄｒ・）と同様に、液状化強度（ＲＬ）について
も、過剰間隙水圧Ｘｔ−考慮している比（ｑｃ／σ１′
）の方が、考慮していない比（ｑｃ／σ、。′）よりも
良い相関があることがわかる。

以上のことから本発明では、三成分コーン貫入試験を行
ない、過剰間隙水圧を考慮した平均有効主応力を対応関
係に用いることにより、これを考慮しない従来の方法と
比較して、より高い精度で液状化強度を推定し得ること
がわかる。かかる液状化強度と前記比（ｑｅ／σ１′）
との対応関係は、多数の試験データを統計的に扱うこと
により、一義的な関数式として表わすこともでき、こう
することにより、前述した三成分コーン貫入試験による
先端買入抵抗、周面摩擦抵抗及び過剰間隙水圧から、容
易に、そして即座に液状化強度の推定を行なうことがで
きる。例えば第３図世）に示すデータを最小二乗法によ
り回帰した場合、次のような式として宍わすことができ
る。

０．１１２５ １（ｚ＝０．０２３３　（ｑｃ／σ、′）　　　　・・
・・・・Ｃ）尚、（２）式に於ける係数や指数の値は、
前述し素通シ、統計的手法により求められる数値であっ
て、これらは地盤の種類やデータ数または液状化強度の
表わし方等により異なってくることは勿論である。

ところで、第３図（ｂ）に表わしたデータに関し、液状
化強度の実測値と、（２）式による推定値の残差（実測
値−推定ｆｌりｔ−１周面摩擦抵抗と先端貫入抵抗の比
（ｔａ／ｑｃ　）　、即ち摩擦比（Ｒｆ）に対して表わ
すと第４図に示す関係となる。かかる第４図に於いて、
残差は殆んど点線で囲まれた範囲に在ると見做すことが
でき、従って図中実線で表わした関係によって残差を代
表し得ることがわかる。

実線で宍わした関係によると、残差は、摩擦比がある値
（図中＆中０．５チ）を越えると、該摩擦比が大きくな
る程、正の残差が犬となシ、即ち実測値が推定値よりも
大となることがわかる。このことから、摩擦比がある値
よりも大きな時には、該摩擦比に対応する正の補正量（
ΔＲ）　ｔ−１前記（２）式による液状化強度の推定値
に加えることにより、より精度の高い推定を行なえるこ
とがわかる。定４性′的には摩擦比が大となるというこ
とは、粒子が細かくなるということであり、前記補正は
粒度による補正を表わすものである。前記圧の補正量は
図示のデータの場合には、次式により表わすことができ
る。

・・・・・・０） 尚、（２）式の場合と同様、（３）式に於ける定数は、
統計的手法により求められる手法であって、これらも地
盤の種類やデータ数または液状化強度の表わし方等によ
り異なってくることは勿論である。

以上のことから、対象とする地盤に対して三成分コーン
貫入試験を行なって先端貫入抵抗、周面摩擦抵抗及び間
隙水圧を測定して、（ｌ、）式により地震時液状化強度
を推定することができる。尚、有効上載圧は次式から求
めることができるものである。

’ｖ’　＝ｒ　ｔ−ＺＷ＋　ｒ　’　（Ｚ　　ＺＷ）　
　・＝　・・”　（４）但し、 σｖ′：有効上載圧 ｒｔ　’地下水面より上の±の単位重量γ′：地下水面
より下の土の単位重量（水中Ｆｉｔ）ｚＷ：地表から地
下水面までの深度 ２　：地表からコーン先端までの深度 （発明の効果） 本発明は以上の通り、三成分コーン貫入試験を行なって
先端貫入抵抗、周面摩擦抵抗及び過剰間隙水圧を測定し
、先端貫入抵抗と平均応力の比との対応関係から液状化
強度を推定する際、平均応力としては、液状化現象と密
接な関係のある地盤の締まり具合いや透水性と深い関連
性を有する過剰間隙水圧を考慮した平均有効主応力を導
入しているので、これを考慮しない平均主応力を用いる
ものと比較して、より精度良く液状化強度の推定を行な
うことができ、また地盤の粒度と密接な関係がある摩擦
比がある値以上の場合、即ち細粒の場合には所定の正の
補正量を前記液状化強度の推定値に加えるようにしたの
で、細粒の地盤に対して過小好個することもない。この
ように本発明は液状化の主要因である土の締ｔ＃）具合
、粒度分布、地下水位および上載圧等を総合的に組み入
れて液状化強度の推定を行なうことができ、比較的高い
精度での推定を行なえるという効果がある。そして本発
明はこのように比較的高い精度に於ける液状化強度の推
定を行なえるものであシながら、Ｎ値、粒度試験結果等
を用いる推定方法と比較して、ポーリングを伴わないサ
タンデイングを行なえば良いので、迅速かつ安価に行な
うことができ、貫入試験機をトラック等の車両に積載す
れば、簡易で、しかも機動性に富んだ作業を行なうこと
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる三成分コーン貫入試験機の要部
の一例を示す断面説明図、第２図（ａ）、（ｂ）は相対
密度と、先端貫入抵抗と平均応力の比との関係、第３図
（ａ）、Φ）は液状化強度と、先端買入抵抗と平均応力
の比との関係を示すもので、夫々に於いて平均応力とし
て、（ａ）は平均主応力、（ｂ）は平均有効主応力を用
いたものである。また第４図は、摩擦比に対する、液状
化強度の実測値と推定値の残差との関係を示すものであ
る。 符号１・・・コーンプローブ、２・・・ロッド、３・・
・コーン、４・・・フィルタ、５・・・水圧計、６・・
・マドレインゲージ、７・・・７リクシヨンスリーブ、
８・・・ストレインゲージ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象とする地盤に対して三成分コーン貫入試験を
   行なつて先端貫入抵抗、周面摩擦抵抗及び間隙水圧を測
   定し、有効上載圧から求めた平均主応力から、前記間隙
   水圧より静水圧を減じて成る過剰間隙水圧を減じて平均
   有効主応力を求め、前記先端貫入抵抗と該平均有効主応
   力の比と、液状化強度の対応関係により対象地盤の地震
   時液状化強度を推定することを特徴とする地盤の地震時
   液状化強度の推定方法
2. （２）対象とする地盤に対して三成分コーン貫入試験を
   行なつて先端貫入抵抗、周面摩擦抵抗及び間隙水圧を測
   定し、有効上載圧から求めた平均主応力から、前記間隙
   水圧より静水圧を減じて成る過剰間隙水圧変化を減じて
   平均有効主応力を求め、前記先端貫入抵抗と該平均有効
   主応力の比と、液状化強度の対応関係により対象地盤の
   地震時液状化強度を推定する際、前記周面摩擦抵抗、先
   端貫入抵抗とから求められる摩擦比がある値よりも大き
   な時には、該摩擦比に対応する正の補正量を前記推定液
   状化強度に加えることを特徴とする地盤の地震時液状化
   強度の推定方法