2020 Fiscal Year Annual Research Report
Liquefaction characteristics of soils with aging effects at a wide range of strain levels and development of its evaluation method
| Project/Area Number |
20H02240
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
清田 隆 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70431814)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上田 恭平 京都大学, 防災研究所, 助教 (60649490)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 液状化 / 年代効果 / 室内土質試験 / せん断波速度 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
液状化特性に影響を及ぼす年代効果は、長期圧密や地震履歴等による地盤の密度化、土粒子構造の変化、および経時的なセメンテーション効果に起因すると考えられており、特に古い地盤では相互の関係が液状化強度に影響を及ぼすが、その詳細は未解明な点が多い。本研究では、年代効果として密度・土粒子構造・セメンテーション効果に着目し、それらの影響を受ける液状化特性（強度と大変形特性）の評価手法構築を目的として、室内土質試験と数値解析を行ってきた。
土粒子構造が液状化強度特性に及ぼす影響の検討については、非塑性細粒分を含むセメンテーション効果を有しない原地盤試料を用い、原位置密度に揃えた再構成供試体を作製し、せん断波速度Vs計測を併用した非排水繰り返し三軸試験を実施した。主に東北地方太平洋沖地震における液状化履歴が既知の地点を対象とした検討を実施したが、室内試験と原位置PS検層によるせん断波速度を用いて土粒子構造を考慮した修正液状化強度を用いることで、過去の地震による原位置の液状化の傾向を適切に説明することができた。
セメンテーション効果が液状化強度特性に及ぼす影響については、これまでセメント含有率を変化させた砂質土試料を用い、系統的な非排水繰り返し三軸試験を実施してきた。実験結果の分析により、土粒子構造とセメンテーション効果の双方を有する地盤の液状化強度予測のアイデアや、液状化特性と累積損失エネルギーとの関係を得ることができた。
液状化地盤の大変形特性の検討については、２０２０年度は両振幅軸ひずみ100%以上まで計測可能な中空ねじりせん断試験機を用いて、セメンテーション効果を持たないきれいな砂試料に対して一連の実験を実施したが、その分析により液状化に伴うひずみの増加により限界状態線の勾配が低下する傾向が確認された。また、この傾向を構成モデルに反映することで、実験結果を適切に表現できる可能性を示した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
液状化強度特性に及ぼす土粒子構造の影響に関する研究については、２０２０年度は様々な原位置試料を用いた実験を三軸試験で実施することができた。これにより、年代効果としてセメンテーション効果のない地盤については、原位置と室内試験によるせん断波速度を用いることで適切な液状化強度評価を行える可能性が高いことを示すことができた。また、今後はより特殊な地盤材料への適用も考慮し、既に火山灰土の採取と現場調査も実施している。さらに、礫質土の液状化も対象に加えるが、礫質土の場合は粒径の大きさからメンブレンペネトレーションの影響を考慮する必要があるため、中空ねじり供試体サイズの拡大や実験手順の改良に向けた作業に着手している。また、火山灰土のように破砕性が液状化強度特性に及ぼす影響を無視できないと思われる地盤材料に対し、その影響を定量化するためにシンプルな粒子破砕装置を導入した。せん断波速度に加え、粒子強度もパラメータとすることで、より合理的な液状化強度予測ができることを期待する。
年代効果としてセメンテーション効果も加えた供試体を対象とした研究も三軸試験装置を用いて実施しており、既にいくつかの成果もあげられている。しかし、均質な実験試料作製の困難さと養生期間の長さにより多くの実験を短期間に行うことは難しいことから、新年度は養生用の三軸セルを導入し、スムーズに実験が遂行できるよう工夫する。
液状化地盤の大ひずみ挙動を記述する構成モデルについては、大ひずみ試験の結果を分析することにより、モデル上改善すべきパラメータの抽出が進んでいる。このように、本研究は総合的に見てその進捗は順調であると判断できる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでの検討を踏まえ、本年度の研究計画を以下に示す。
〇土粒子構造が液状化強度特性に及ぼす影響について： ２０２０年度の検討により、原位置試料を用いてせん断波速度Vs計測を併用した非排水繰り返し三軸試験を実施することで、土粒子構造を考慮した液状化強度を得ることができ、その結果過去の地震による原位置の液状化の傾向を適切に説明することができた。２０２１年度は、非塑性細粒分の混入率を広範位に変化させた砂質供試体や、北海道胆振東部地震で液状化した火山灰砂質土、および昨今の国内外の地震で液状化が確認されている礫質土を対象に、それらの特性が土粒子構造の発達の程度と液状化特性に及ぼす影響を詳細に検討する。
〇土粒子構造とセメンテーションの影響の検討： ２０２０年度は、セメント含有率を変化させた砂質土試料を用い、系統的な非排水繰り返し三軸試験を実施した。２０２１年度はこれらの実験を継続して実施すると共に、セメンテーションが作用する地盤の適切な液状化強度推定手法のモデルを、累積損失エネルギーとの相関も含めて検討する。自然地盤が堆積してから現在に至る過程を考えると、例えば、①堆積後に地震履歴や応力履歴を経て土粒子構造が変化した状態からセメンテーションが作用するケース、②上記の後に大きな地震履歴（液状化履歴）を受けたケース等が想定されるが、土粒子構造とセメンテーションの両者の影響を受けるVsを用いて、上記の影響を加味した液状化強度推定法の構築を目指す。
〇液状化地盤の大変形特性の検討： ２０２０年度は砂質土の大ひずみ中空ねじりせん断試験を実施し、液状化に伴うひずみの蓄積により限界状態線の勾配が低下する傾向を確認したが、２０２１年度は、この傾向を詳細に分析すると共に、細粒分を含む試料や礫質土での実験も実施し、ひずみの蓄積が多様な地盤の強度の低下に及ぼす影響を記述する構成モデルの検討を行う。
|
