本研究では,浚渫された超軟弱粘土地盤の自重圧密中の強度特性を把握するために,遠心載荷装置によって自重圧密されている超軟弱粘土の模型地盤に対してベーンせん断試験を行った。ベーンせん断試験では,微小なベーン抵抗を正確に測定するため,低容量の小型トルク計を製作し,それをベーンロッドに装着して,遠心場でのベーンせん断強度を算出した。ベーンせん断強度に対する含水比,有効土被り圧を推定するために,自重圧密解析(CONAN)を実施し,強度-含水比-有効応力の関係を推定した。また,遠心場で得られた結果を検証するために,遠心載荷終了後に重力場でもベーンせん断試験を行い,強度-含水比関係を比較した。

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超軟弱な浚渫粘土地盤におけるせん断強度特性を検討するために,練り返したスラリー粘土から圧密された塊状粘土までの供試体に対して,ベンダーエレメント試験を実施できる試験装置を新たに作製した.まず,脱気水に対するベンダーエレメント試験を実施したところ,周波数の違いによって受信波が測定される場合と測定されない場合が認められた.次に,十分に練り返したスラリー粘土および所定の圧密圧力で圧密した塊状粘土に対しても同様の試験を実施した.一連の実験結果に基づいて,脱気水では受信波が測定されない周波数においてせん断弾性係数Gと間隙比eおよび液性限界w_Lで正規化した含水比w/w_Lの関係について検討した.

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真空圧密工法における地盤内の応力・変形状態は,(1)側方拘束条件と(2)側方変形条件の典型的な2つの状態にモデル化できることを室内試験結果に基づいて実証した.すなわち,上記の条件はそれぞれ一次元圧密および等方圧密として評価される.さらに,上記2つの応力・変形状態を模擬した圧密試験および三軸圧縮試験を実施し,以下のような知見も得られた.上記(2)の方が(1)よりも同一の鉛直有効応力の増加量に対して体積ひずみは大きいものの,同一の体積ひずみに対する強度増加量は逆に(1)の方が(2)よりも大きい.しかし,両者の強度増加率は鉛直有効応力を用いることにより統一的に評価できる.

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地すべり地のすべり面では膨張性粘土鉱物の存在が指摘され,界面活性度の高い粘土鉱物を含む場合,塩類のイオン濃度が急増するとされている.本研究では,リングせん断試験機を用いて,土試料に塩化ナトリウムを添加したカオリンおよびNaモンモリロナイトの残留強度特性を検討した.試験では,塩分無添加の各試料のせん断速度および垂直応力の影響度合いも調べている.その結果,塩分濃度の増加に対してピーク時および残留時の内部摩擦角はほとんど変化しないが,粘着力は増加する傾向が得られた.また,コンシステンシー限界の変化は試料の活性度の違いによって異なった.

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不撹乱海成粘土は,年代効果を受けて擬似過圧密状態となるため地盤工学上多くの問題を含んでいる.本研究では,山口県宇部市沿岸に分布する新生代第四紀に属する草江シルト層を用いて一軸圧縮試験および非排水三軸圧縮試験を行うとともに,土の水溶性成分試験により深度の異なる試料の塩分濃度の測定を行い,これらの結果に基づいて塩分濃度が及ぼすせん断強度特性について検討を行った.一軸圧縮強度は試料の状態に大きく依存するため塩分濃度の影響は確認されなかったが,三軸圧縮試験による非排水せん断強度は塩分溶脱が確認された部分において強度が低下することが明らかになった.

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土の強度・変形特性は物理的性質だけでなく,間隙水の化学的性質の違いによるところが大きい.本研究ではpH調整を行った3種類の粘性土に対して静的三軸試験および動的三軸試験を行い、非排水せん断強度特性に及ぼすpHの影響について検討した.pHの調整には硫酸と水酸化ナトリウムを用いた.また、試料は圧密圧力98kPaで一次元圧密したものである.その結果,有効応力表示の内部摩擦角はpHの値によらず一定であったが,非排水せん断強度はpHが増加すると小さくなる傾向が得られた.このことは,pHの変化によって粘土粒子に作用している表面電荷が変化したため,土粒子の骨格構造が異なるためであると推測される.

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粘土の物理化学的性質の相違が時間効果および温度効果を受けた粘土の力学的性質に与える影響を明らかにするために,物理化学的性質の異なる4種類の粘土を用いて,温度調節が可能な三軸試験装置により二次圧密時の温度・時間・応力を定量的に変化させて圧密非排水せん断試験を行った.得られた試験結果の比較を行うことにより時間効果および温度効果を受けた粘土の非排水せん断強度の評価を行った.

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岩盤中の薄い弱層の力学的特性を評価するためには単純せん断試験が利用されることが多い。しかしこの試験方法については基準化されておらず,現状では載荷速度などの試験条件は既往例を参考にして経験的に定められている。著者らは単純せん断試験においてせん断速度と周波数が力学的特性及ぼす影響について検討した結果,以下の知見を得た。(1)通常の0.1%/minのせん断速度に比べて10倍の速度でせん断すると強度はわずかに大きくなる。(2)動的変形特性に及ぼす周波数の影響は1×10^-4以下の微小ひずみレベルにおいてはほとんどない。

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火山灰の中には非常に鋭敏比が高く、力学的性質が十分には解明されていないものがある。今回、熊本県熊本市の東にある沼山津地区において採取された鋭敏比が100前後の火山灰土の物理・力学特性を調べるための一連の調査を行った。この土の鋭敏比は79~183、液性限界wL=45~54%、自然含水比wn=42~66%、塑性指数Ip=14~19である。地震時の安定性を調べるために三軸試験機による非排水繰り返しせん断試験を行った。その結果、繰り返し回数とともに間隙水圧上昇とひずみの増加が見られ、20回の繰り返しで両振幅5%に対する応力比として0.43の応力比が得られた。

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火山灰土の中には非常に鋭敏比が高く、力学的性質がまだ解明されていないものがある。今回、熊本県熊本市の東にある沼山津地区において採取された鋭敏比が100前後の火山灰土の動的力学特性を調べるために三軸試験を行った。試験は背圧294kPa、有効拘束圧98kPaで等方圧密終了後、非排水条件で地震を想定した繰り返し載荷試験を行い、その後静的せん断試験、あるいは繰り返し載荷後の再圧密試験を行った。その結果、繰返し応力比の増加に関わらず、静的せん断強度は低下傾向を示さず、破壊に至るまで強度を保つ傾向があること、また、地震後の圧密量について応力比の増加に伴い、増加していくことが分かった。

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地すべり対策工において、現状では土質試験によらずc′0≒dとする仮定を併用した逆算法を用いることが多い。しかし、この仮定には理論的根拠がない。筆者らはこれまで、地すべり面付近から採取した試料を用いて室内試験で求められた強度パラメータを逆算法に導入することによって、より合理的な強度パラメータの決定法を提案している。 本文では、残留強度に及ぼす圧密履歴や粘土鉱物の影響を調べ、試験結果を用いて筆者らの提案法によって得られる強度パラメータと実際の地すべり対策工においてc′0≒d法により求められた強度パラメータとを比較し、考察した。

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残留強度の本質について論ずるとき,その根幹をなすのが発現機構である.粘土の場合,強度発現の主因は吸着水層を介した電気化学的な力と考えられることから,吸着水の存在を無視することはできない.そこで,粘土の乾燥状態と湿潤状態における残留強度を比較することで吸着水の影響を検討した.

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シンガポール(テコン島)で得られたCPT試験の結果では,深度10~15m付近で急激に強度増加している.この層における不攪乱試料の圧密降伏応力は高い値を示し,過圧密比は平均3.3である.この層は硬質粘性土層といわれており,氷河期の海面低下によって乾燥された層とされている.この乾燥収縮の現象を解明するために,室内試験において乾燥収縮を再現した再構成試料を作成し,残留有効応力と過圧密比の関係を調べた.本論文では,この実験結果と考察について述べる.

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地すべりの安定解析を行うにあたって、強度定数c′、Φ′を正しく評価することは非常に重要な課題である。安定解析を行うにあたって従来用いられてきた逆算法は人為的な誤差が少なく簡便であり、数多くの実績があるが、これらの値が実際の地すべり面で発揮されている強度定数であるとは言い難い。そこで、筆者らは従来用いられてきた逆算法によらず、リングせん断試験を用いて地すべり面の強度定数を求めるための、試験機および試験条件(試料作成条件、せん断方法、せん断速度)に関する検討を行った。その結果排水条件を満たし、試料漏れを発生させずにすべり面の強度定数が得られる試験条件を確定する事ができたので報告する。

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粘土試料における残留状態のせん断強度を求めるにあたって、リングせん断試験の場合より、試料成形が簡単であり、少ない試料の量で試験が可能な繰り返し一面せん断試験が有利である。本研究では筆者らが開発した繰り返し一面せん断試験装置によって得られる試験結果を基に、残留強度に及ぼすせん断箱と粘土試料間の摩擦、垂直応力レベルと残留せん断抵抗角の関係等に注目し、試験装置・試験方法の適正化に向けた検討を行ったものである。

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筆者らは,リングせん断試験のせん断面における間隙水圧の挙動を明らかにすることを目的に,種々の改良を加えた試験機を開発した。当試験機では,上部・下部せん断箱を圧接することにより,せん断面における非排水環境を構築しており,載荷盤上部にとりつけた水圧センサーからニードルを延長し,その先端をせん断面極近傍に設置させることで間隙水圧を計測している。これまで,ピーク強度を迎え残留強度に収束する課程,及び残留強度せん断面形成後の多段載荷課程における水圧変動に注目し,試験を実施した結果,新第三系凝灰岩地帯の地すべり粘土と,変成岩地すべり粘土とで,間隙水圧の挙動に大きな差異を確認することができた。

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重要構造物の基礎地盤安定性検討においては,シーム等を含む断層部の力学特性評価が重要である.しかし,これら断層部は,厚さ・方向・広がり等が様々であり,試料の採取方法も限られることから,その力学特性評価に当たっては試験方法に制約を受ける場合がある.著者らは,厚さ数cm程度の断層部の力学特性を評価するに当たり,第三系火山砕屑岩に存在する断層試料を用いて一面・単純せん断試験,三軸圧縮試験を行い試験方法の違いによる評価結果への影響を比較・検討した.この結果,強度,静的・動的変形特性は,各試験共に同等の評価が得られたことから,適切な試験方法を選定することで,断層部の力学特性評価は可能という見通しを得た.

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乱さない三郡変成岩風化土は斜面崩壊における支配的要因として片理を有している.斜面安定問題を考える上で片理に由来した強度異方性を明らかにすることは工学的に大変重要である.本文では山口県宇部市にて採取した不撹乱および撹乱試料を用い,片理面とせん断面の角度を変化させた供試体に対する一面せん断試験と圧密試験を実施した.その結果,片理面の入射角度によって強度定数が変化したが,圧密降伏応力や圧縮係数はほとんど変化しなかった.これは片理構造に特有の土粒子の配列構造がせん断方向によって異なるせん断特性を発揮したためである.

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主にボーリング孔内で行われてきた孔内ねじりせん断試験を,室内において定圧,定体積条件で精度よく行えるよう,せん断面付近にロードセルと鉛直変位計を設置することにより改良した.改良した試験機において,地盤内で破壊面が形成される場所を調べることにより,せん断機構を明らかにした.さらに,カオリン粘土に対して試験を行い,同条件の室内要素試験結果と比較することで,その精度を検証した.その結果,せん断部分の形状を考慮することで,正規圧密粘土から過圧密比が6程度までの粘土に対し,整合性のある試験結果を得られることを明らかにした.

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多軸試験装置の開発により、三主応力状態下における中間主応力の影響を考慮したモデルの検討がされるようになった。しかし、このような研究は正規圧密粘土地盤を対象としている場合が多い。しかし、過圧密粘土の力学挙動を把握する必要性が非常に高まっている。そこで、本研究では、π面上における過圧密粘土の力学挙動の一般性を把握することを目的とした。さらに、試験結果について、tijの概念に基づいたストレス・ダイレイタンシー関係を求めた。その結果、π面上における過圧密粘土の力学挙動をある程度把握することができた。また、様々な条件下でのストレス・ダイレイタンシー関係を求めることにより、tij概念の適用性を確認した。

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貧配合セメント処理土の圧密試験結果について、土のセメンテーションという観点から、その状態式を考える。セメント処理土は時間とともに硬化するので、その硬化の程度はセメンテーションと見なすことができる。つまり、セメンテーション硬化は養生期間に依存する。本研究では、このようなセメンテーションを有する供試体の圧縮曲線がつぎの状態式で表せることを示す。(1+ ë) p =γs z ここに、ë は平均間隙比、 pは有効圧力、γsは定数(土粒子の水中単位体積重量)、zは変数(深さ)である。ここで、ëおよびpはzの関数で表せる。

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年代効果は,これまでe-log p関係における曲線形状や関係定数により評価されてきた。著者らは,広範囲な塑性指数域を有する沖積粘性土において対数圧縮指数Cc∗-pm,Cc∗-f関係により年代効果・土構造の発現を調査した。当関係は,logf-logp関係をCc∗を介しpmおよびf関係に変換したもので,塑性指数Ipの影響を受けず,年代効果そのものによる影響を詳細に把握することができる。当関係において圧密降伏応力pc近傍の下位・上位圧力において下位降伏点,上位降伏点が存在し,その物理的意味について考察した。年代効果の影響は圧縮曲線の形態の変化として上位降伏点に大きく表われるため対数圧縮指数比Rcにより把握することができることを報告した。本研究は,年代効果の定量的評価を目的として下位・上位降伏点の物理的意味から土構造のセメンテーション評価を上位・下位降伏圧力差により評価することについて考察した。

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圧密降伏応力pcのひずみ速度依存性を検討するため、IPの異なる2種類の洪積粘土を用いて「ひずみ速度を種々変化させた定ひずみ速度圧密試験」および「pc付近で載荷点を追加した段階載荷圧密試験」を実施した。その結果、1)ひずみ速度の増大と共にpcも増大し、その傾向はIPの高い試料ほど顕著である。2)e~logp曲線はひずみ速度の増大に伴って右方に移行し、圧縮ひずみ&epsulon;は減少傾向となる。3)段階載荷と定ひずみ速度によるpcは、pc点のひずみ速度が同じであれば、両pcに大差ないことが確認された。このように、pcのひずみ速度依存性は、IPによっても顕著に異なることから、ひずみ速度を選定する際は物理特性を十分考慮する必要があると提言した。

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今回開発した、中圧ひずみ経路制御三軸試験機は、供試体と体積変化制御装置(DPVC)および、これらをつなぐ管路にて閉じた飽和経路系を維持し、供試体の体積変化を積極的に制御する機構を有する。三軸供試体の軸変位と同時に体積変化も積極的に制御することにより、ひずみ制御試験を可能としている。また、ベンダーエレメントによってひずみ制御中の供試体の剛性を測定するシステムを付加した。これらを自動制御することで、従来より簡単に、且つ高精度で試験が可能となる。

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中圧ひずみ経路制御三軸試験機を利用して、洪積粘土のK0圧密特性を調べた。K0圧密試験は側方摩擦が無く、応力状態が明確である点が、特性評価に有効である。年代効果を有する洪積粘土における、特徴的なK0特性や圧密特性について示した。

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DPVC (デジタル体積/圧力変化制御装置)によるひずみ経路制御試験では、三軸供試体内の体積変化をコンピュータ制御ピストンで制御することによって、供試体のひずみ経路を直接制御することができる。このひずみ経路制御法により様々な変形モードを供試体に自由に与えることが可能である。特に複雑なフィードバック制御を必要とした従来のK0圧密三軸試験が、DPVCを用いることによってきわめて容易に制御できることを実証する。本研究は、豊浦砂による試験機の精度検証試験を行うとともに、粘土のK0圧密三軸試験を行い、K0圧密過程における粘土の挙動を検討する。

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A series of one-dimensional compression tests were performed on several types of soft and stiff clays evaluate the viscous property. The strain rate was changed stepwise several times and several creep loading tests were performed during otherwise monotonic loading, unloading and reloading in an automated way by using two types of oedometer apparatuses, load-controlled and displacement controlled. It was found that these testing methods are relevant to evaluate the viscous property of clay for general loading histories despite that the horizontal stress was not measured. Typical test data and empirical rules derived from the test results will be presented.

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The results from a series of one dimensional compression tests on soft and stiff clays were analysed to evaluate the features of the viscous property of clay. The followings were found: 1) The stress is essentially a function of instantaneous irreversible strain and its rate. 2) The stress change upon a step change in the strain rate is always proportionally to the instantaneous stress. Based on this, a function to express the viscous property can be proposed. 3) The rate representing the proportionality described above is smaller with stiffer clays. 4) There is an inviscid stress-strain relation for, respectively, primary loading, unloading and reloading.

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Results from drained oedometer on soft and stiff clays, in which the strain rate was stepwise changed and creep loading tests were performed during otherwise monotonic loading at a constant strain rate, were simulated by a non-linear three-component model accounting for the viscous property. A long creep test lasting for 24 days was performed and a large change in the strain rate by a factor of 220 was applied. With the model, the stress is a unique function of instantaneous irreversible strain and its rate. The model could simulate all the aspects of the observed loading rate effects due to the viscous property.

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The objective of the present research is to evaluate the characteristics of secondary consolidation of the stiff Pleistocene clay from natural deposit performing the series of the laboratory oedometer test in which the step loading is varied for the different load incremental ratios and loading period. The study has focused on the secondary compression index of soils in the normally consolidated region and in the loading stage spanning the consolidation yielding stress where it shows tremendous increase of strain and considerable turnoff for the secondary compression. Together with this, the change of soil structure due to the long-term secondary compression of Pleistocene clay comparing the one by the conventional 24 hours consolidation, in terms of pore size distribution using the mercury intrusion porosimetry.

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真空圧密工法の改良部端部の地表面付近における応力変形状態は等方圧密に近似できる.このような状態を模擬するために,バーチカルドレーンを中央に挿入した粘土の円柱供試体に対して等方圧密試験を実施した.バーチカルドレーンには,幅の異なるろ紙および木綿製のたこ糸を用いた.この場合排水方向は内向き放射流れとした.一方比較のため,ろ紙を用いた通常の周面排水による外向き放射流れおよび上面を排水面とした鉛直上向き流れの試験も実施した.試験結果より,排水方向とバーチカルドレーンの幅による圧密挙動の相違について検討した.さらに,バーチカルドレーンの換算直径についても検討した.

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浚渫粘土の圧密沈下予測は、低拘束圧力下における圧密パラメータを必要とする。また、海面埋立の場合、投入された浚渫粘土の含水比は、浚渫・運搬方法の違いによって大幅に変化し、その後の圧密挙動に影響を及ぼすと想定される。既往の研究では、ポンプ浚渫に対応した初期含水比に調整して行った実験から、圧密パラメータと物性値に相関があることが示されている。そこで本研究では、6種類の塑性の異なる粘土を、グラブ・ポンプ浚渫に対応した初期含水比に調整し、単層・多層沈降実験を行った。ポンプ対応の圧密パラメータと液性限界の関係は、既往の実験結果と重なったが、グラブ対応では初期含水比が圧密パラメータに影響することがわかった。

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東京の東部低地帯を流れる延長約24kmの隅田川流域では、耐震護岸やスーパー堤防の建設工事のために数多くの地質調査を実施しており、今回、500本以上のボーリング調査資料を取りまとめる機会を得た。本報告では、これらの資料により作成した川沿いの地質断面図から、地質層序の特徴に応じて区間を分類し、それぞれの区間毎に沖積層である有楽町層下部粘性土の圧密特性等について検討を行った。その結果、この粘性土層においては、上流域及び下流域と比較して中流域では、圧密降伏応力・過圧密比・一軸圧縮強度・N値とも大きく、堆積環境的には同一な地層であっても、地域によってその特徴は異なることが確認できた。このような圧密特性等の地域性の相違は、過去の地下水揚水による地盤沈下の影響によると考えられる。

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本研究では、高位な構造を有する大阪湾洪積粘土の圧密降伏応力付近における挙動を検討するため分割圧密試験および長期圧密試験を実施した。その結果、圧密降伏応力を跨いで載荷した場合の間隙水圧挙動は、非常に特異な挙動であることを確認した。また、圧密降伏応力付近にて長期載荷した場合、擬似過圧密領域に載荷したものは、時間の経過に伴い過圧密的な挙動から正規圧密的な挙動に移行していくことを確認した。さらに、これらの結果を基に考察を行った結果、圧密降伏応力を跨いで載荷した場合の間隙水圧挙動は、特に排水面側において異常な結果であり、これは、試料中に存在する生物痕の影響を受けている可能性があることが分かった。

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乱さない粘土は塑性変形とともに構造が低位化し、次第に練り返し粘土化する。今回、この特性を有す乱さない有明粘土に対して標準圧密試験を実施したところ、乱さない粘土では構造の低位化が著しい圧密降伏応力をまたぐ荷重段階において顕著な2次圧密が確認された。本研究では、さらに1次圧密と2次圧密の関係について詳しく調べることで、圧密降伏応力をまたぐ荷重段階では、その他の荷重段階とは異なるメカニズムで2次圧密が生じていると考えられることを報告する。

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せん断強度の増加速度Δτ/Δlogtは、有効土被り圧p0が大きいほど大きくなり、両者には以下のような関係が認められた。 Δτ/Δ(log10t)=k√p0ここに,kはセメンテーションによる強度増加係数でτとp0の単位をkN/m2とするとk = 0.3となる。この関係式を用い、海底地盤の形成過程におけるせん断強度や圧密降伏応力、間隙比などの変化を計算した結果,表層付近のせん断強度分布は原位置での実測値の傾向とよく一致した。また、粘土地盤のせん断強度は堆積速度に左右され、同一深度においてゆっくり堆積した地盤がより大きなせん断強度を有することを示した。

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Ps検層より求めたEf(Ef=ρVs2)~圧密降伏応力Pc,及び三軸試験から求めた微小ひずみのEo~Pc関係から同一の層では両者に相関関係がみられるが、層の境界を境として不連続になることがわかった。このことから、層の境界はVsでは判断できず、精度の良いセンサー(LDT)を用いたて適切な三軸圧密・定ひずみ圧密を実施することにより始めて地盤の不連続性が明らかになった。基礎の位置設定において層の境界の判断は工事費にかかわる大きな問題であり、その意味で今回室内試験の重要性が明らかになった。

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構成則に適用すべき透水係数を検討するため、不攪乱粘性土を用いた「変水位透水試験を併用した繰返し圧密試験」を実施した。試験結果から、各載荷段階における実測透水係数kobを基準に、圧密理論による24時間圧密時の透水係数ks、Ksに一次圧密比補正を施した透水係数k′をそれぞれ比較し検討した。 その結果、kobは、間隙比eと良好な相関を示し,かつ,ksとの関係でも低荷重域から比較的良く一致することが確認された。これは「粘性土の透水係数は密度の関数として一義的に決まる特性」を有すると判断し、構成則に適用すべき透水係数は、ksが妥当であると結論付けた。

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自然堆積地盤には,通常,異方性が存在すると考えられている.本研究は,粘性土地盤の透水性の異方性を考察しようとするものである.ここでは,鉛直排水および放射排水圧密試験を実施し,鉛直方向および水平方向透水係数の比較を行っている.今回は,練返し試料と不撹乱試料を実験に使用し,その比較も行っている.排水方向の違う圧密試験結果を比較する場合,それぞれ一次圧密に要する時間が違うので,実験から求まる圧密定数を比較するのが難しい.そこで,本研究では,二次圧密を考慮した逆解析を実施し,パラメータの同定を行った.結果,提案法によると,鉛直・水平方向の透水係数の相違が鮮明に評価できることが明らかとなった.

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本研究では、正規および過圧密粘土の角柱供試体を用いた非排水三軸試験を行い、供試体側面のひずみ分布を画像解析から定量化し、せん断帯の発生・成長について詳細に検討した。また、この実験は境界条件の設定が容易な小型模型載荷実験として行われている。そこで、新たに開発している3次元水-土連成有限要素法により粘土角柱供試体を用いた非排水三軸圧縮試験のシミュレーションを行った。実験結果とシミュレーション結果から、正規圧密および過圧密粘土の3次元的なせん断面の成長過程について比較することにより、ひずみの局所化のメカニズムについて検討した。

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不撹乱、再構成、練り返しの3種類の異なる初期状態の粘土を用意し、標準圧密試験を実施し、構造の程度の視点から比較・考察した。その結果、以下の結論が得られた。(1)再構成粘土であっても、不撹乱試料ほどではないが、「構造」を有する。また構造が顕著に喪失する荷重では、残留沈下時の沈下速度が大きくなる。(2)練り返し粘土のe~logp′関係は、ほぼ直線となるが、残留沈下時でも若干の沈下速度が観察された。(3)同一粘土の場合、自然堆積・再構成粘土のe~logp′関係は、荷重が大きくなるにつれ、練り返しのそれに漸近する。(4)高塑性粘土は、再構成粘土においても「構造」を持つが、低塑性粘土は、ほとんど持たない傾向がある。

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既存のモデルでは,構造・過圧密の変化を表す概念として上・下負荷面モデル,異方性の変化を表す概念として回転硬化則を用いていたが,両者の関係に関しては十分な議論がなされていなかった.本研究では,構造の劣化と異方性の変化には不可分な関係があると考え,関口・太田モデルに上・下負荷面の概念と回転硬化則を導入し,構造・過圧密・異方性の変化を統一的に取扱える構成モデルを開発した.具体的には,回転硬化の発展則を上負荷面の発展則の関数で表すことによって,構造と異方性を結びつけた.開発した構成モデルを用いて,構造を持った土の各種室内力学試験を解析し,これまで表すことができなかった実験事実を説明し,妥当性を示した.

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The FEM program for stress-deformation analysis considering non-smooth yield surface of constitutive model was developed. The consideration and handling for the singular point on non-smooth yield surface of the Sekiguchi-Ohta model was carried out based on Koiter′s associated flow rule. The extra implementation for solving the difficulty at the singular point is added to FEM program called DACSAR (without any modification to the whole procedure). The numerical results from this program with and without the extra implementation was compared.

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粘土は圧密履歴やせん断履歴の違いで、同じ密度や応力状態だとしても変形・強度特性が異なる。この挙動の原因として、応力履歴による応力誘導異方性の発達が挙げられる。本研究では、三軸試験機を用いて種々の圧密・せん断履歴を受けた粘土の異方圧密試験を行い、履歴によって発達した異方性がその後の圧密にどのような変形・強度特性を及ぼすかを考察する。そして、この異方性の発達と消散の仕方を土の構成式に反映させるために必要な発展則を提案する。

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自然堆積粘土、粉砕泥岩集合体、砂、シラスなど各種土材料の非排水せん断挙動を実験により調べ、構造、過圧密、異方性の発展の観点から、回転硬化上下負荷面修正カムクレイモデルに基づいて考察した。得られた結論は以下の通りである。(1)自然堆積粘土は、過圧密の解消速度が構造の喪失速度よりも大きい。(2)砂は、構造の喪失速度が過圧密の解消速度よりも大きく、シラスなど粒子破砕を伴う挙動は、構造の喪失速度が小さくなる。(3)砕泥岩集合体は、砂ほどではないが構造の喪失速度が過圧密の解消速度よりも大きい。また粘土化しやすい集合体ほど、構造の喪失速度が小さくなる。

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従来から,カムクレイをはじめとする粘性土を対象とした多くの構成モデルは,状態境界面の概念にその基礎をおいている.本論文では,複数の供試体を様々な応力径路で圧密した後に様々な有効応力条件で排水および非排水せん断した一連の三軸圧縮試験を実施し,状態境界面の一義性の検証ならびにストレス・ダイレイタンシー関係の検討を行っている.結論として,等価圧密応力で正規化してもいわゆるユニークな状態境界面は得られず,正規化された有効応力径路は圧密およびせん断時の有効応力履歴に依存すること,また,ストレス・ダイレイタンシー関係も同様な有効応力径路依存性を示すことが確認された.

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本研究の目的は,室内試験を境界値問題と捉え,正規圧密粘土の非排水三軸圧縮・伸張試験,平面ひずみ圧縮試験をシミュレーションし,供試体の破壊挙動を解析的に検討することである.計算を行う道具として,有限変形弾塑性理論に基づく土/水連成3次元有限要素プログラムを開発した.シミュレーションにはMises型のCam-clayモデルを用いているため,解析解として得られる破壊強度に圧縮側,伸張側あるいはその中間で違いがあれば,一般に実験で得られるMohr-Coulombの規準は粘土の材料としての性質ではなく,他の要因に起因するものと考えられる.

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土の力学挙動を表現する構成式の研究では、考慮すべきパラメータの増加、複雑化が進むなか、同時に工学的な使いやすさが求められている。本解析では、ひずみ軟化・硬化、せん断帯発生に伴うひずみの局所化等複雑な挙動を考慮した田中の砂質土に対する構成モデルと、単純な弾完全塑性モデルにより、粘土の非排水挙動を検討した。田中モデルでは解析対象を粘土に拡張し、有効応力解析によって、非排水三軸圧縮試験において発生する過剰間隙水圧の変化も求めた。実験値との比較から、強度、変形問題における単純な弾完全塑性モデルの適用限界と、複雑な構成関係モデルを用いる際の有効性、問題点を考察した。

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蒜山原珪藻土の力学挙動に関する研究

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有明粘土が堆積する長崎自動車道武雄インターチェンジ付近の平地部において、幅と高さの比が異なるベーンせん断試験やサンプリング試料による鉛直・水平両方向の圧密及び一面せん断試験、三軸CUバー試験等を実施した。本研究では、これらの力学試験結果や物理試験による塑性指数から推定あるいは決定される静止土圧係数や限界状態定数について比較検討することにより、各種算定式の信頼性について精査を行う。また、実際の盛土に対する土/水連成弾塑性FEM解析を実施し、静止土圧係数や強度定数の算定法の違いが結果に及ぼす影響について検討した。

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