Effects of grading characteristics on soil ageing and its interpretation by viscous properties of soils

Research Project

Project/Area Number	22K04305
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 22030:Geotechnical engineering-related
Research Institution	Ibaraki University
Principal Investigator	榎本忠夫茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (70727180)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords	年代効果 / 液状化強度 / 初期せん断弾性率 / 微小ひずみ領域におけるヤング率 / 三軸液状化試験 / 砂質土 / 細粒分含有率 / 不撹乱試料 / 液状化 / 剛性 / 三軸試験 / 粘性特性
Outline of Research at the Start	地盤の液状化強度や剛性が時間経過とともに増加する現象は年代効果と呼ばれている。しかし、年代効果に対する土質特性の影響については断片的な研究成果しかなく、どのような土質であれば年代効果をより期待でき得るのかはよく分かっていない。また、このような年代効果が進展するメカニズムも未解明な点が多い。本研究では、様々な地盤材料を用いた系統的な室内土質試験により、地盤の年代効果に対する土質の影響を明らかにする。また、試験対象土の粘性に起因する力学的挙動も調査することで、地盤の年代効果と粘性特性との間における相関関係を分析し、年代効果が進展するメカニズムを粘性特性の観点から解釈することを試みる。
Outline of Annual Research Achievements	2022年度は計画通り2系統の実験を行うとともに、当初計画にはなかった実験も実施した。シリーズ1：2011年の東北地方太平洋沖地震時に液状化し、翌年に強化復旧が完了した埋立地から採取した試料を対象に、微小ひずみ領域における剛性の測定と三軸液状化試験を実施した。その結果、不撹乱供試体の液状化強度と剛性は再構成供試体と比較して、それぞれ約1.25倍、約1.1倍大きかった。すなわち、細粒分の少ない細砂が過去に液状化し土の骨格構造が乱されても、短期間で再び年代効果を発現し得ることが確認された。シリーズ2：珪砂とDLクレーを混合し細粒分含有率Fcが0, 15, 30％になるように調整した試料を用いて相対密度30%の供試体を作製し、土粒子間の固着に起因する年代効果を再現するため上載圧50kPaの下で25日間養生した。供試体を三軸試験機にセットし、有効拘束圧50kPaにて等方圧密した後、微小ひずみ領域における剛性の測定と液状化試験を行った。その結果、養生履歴のない供試体と比較して、Fc=15%でも液状化に至るまでの繰返し回数の増加が確認されたが、剛性はほとんど変化しなかった。一方で、Fc=30%では繰返し回数と剛性の増加は確認されなかった。これは、相対密度が低くFcが高いため、通水時のコラプス変形により年代効果が破壊されたためであると考えられる。シリーズ3：当初計画にはないが、土の骨格構造の発達に起因する年代効果に対する土質の影響を明らかにするため、シリーズ2と同様に作製した供試体に対して、0.3%の体積ひずみが生じるまで軸ひずみ両振幅0.1%の排水繰返し載荷を加えた後、剛性の測定と液状化試験を実施した。その結果、Fcが減少するにつれて、当該体積ひずみが生じるまでの繰返し回数が増加し、液状化試験時の繰返し回数も増加する傾向にあった。一方で、剛性の変化はほとんど見られなかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2022年度は計画通り2系統の室内試験を行うことができ、また、当初計画にはなかった実験も実施したことで多くの知見を得ることができた。シリーズ1では、一度液状化が生じた後、どのように再び年代効果が発現するのかを調査する目的で、2011年の東北地方太平洋沖地震により液状化した埋立地から採取した不撹乱試料を対象に三軸液状化試験を行った。その結果、細粒分の少ない細砂であっても、短期間で年代効果が再び発現していることを明らかにした。既往の研究は堆積年代が数千年以上前の試料の年代効果に焦点を当てているものが多く、近年の液状化履歴がある埋立地の試料を対象とした例は少ないため、本結果の学術的価値は非常に高い。シリーズ2では、室内で疑似的に土粒子間の固着に起因する年代効果を付与した供試体を用いて三軸液状化試験を行った。非塑性シルトを15%含む砂でも液状化に対する年代効果が確認された一方で、剛性に対する年代効果は確認されなかった。また、当初計画にはなかったが、シリーズ3として、土の骨格構造の発達に起因する年代効果に対する土質の影響を調査した。その結果、細粒分含有率Fcが減少するにつれて液状化に対する年代効果が発現しやすい傾向にあったが、液状化試験前の排水繰返し載荷により生じた体積ひずみが小さいためか、剛性に対しては年代効果が確認されなかった。シリーズ2と3の再現性については追試が必要であるが、液状化強度と剛性に対する年代効果の発現メカニズムはお互いに異なっている可能性があるかもしれない。この点を明らかにできれば、相当に新規性・学術的価値が高い成果となる。シリーズ2と3の結果を総合すると、Fcが高いほど、土粒子間の固着に起因する年代効果を獲得できるが骨格構造の発達に起因する年代効果は得られにくい可能性が浮き上がった。このように、実験は概ね計画通りに進み、学術的価値の高い成果を得ることに成功した。
Strategy for Future Research Activity	2022年度に得られた実験結果の再現性を確認するための追加調査を2023年度の初期に行う。その上で、当初の計画通り、2022年度と同様に珪砂とDLクレーを混合し様々な土質に変化させた試料を用いて供試体を作製し、より長期的な圧密の作用を与えた上で、微小ひずみ領域における剛性の測定とともに三軸液状化試験を行っていく。これにより、土粒子間の固着に起因する年代効果に対する土質の影響を明らかにしていく。また、年代効果の発現メカニズムの全体像を明らかにする上で重要であると考えられるため、当初計画にはなかったものの2022年度に実施した土の骨格構造の発達に起因する年代効果に対する土質の影響も引き続き検討していくこととする。本実験においても、上記のように珪砂とDLクレーを混合し土質を変化させた試料を用いる。一方で、一度液状化が生じた場合、液状化前に獲得していた年代効果がどの程度失われるのかという点については、年代効果の発現・消失・再発現のメカニズムを明らかにする上で非常に重要になり得る。そこで、液状化履歴を与えた供試体の非排水せん断挙動についても新たに調査することとする。