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地盤の一般的な変形ひずみ状態は単純せん断である。そこで本研究では中空ねじり単純せん断試験を用いて土の密度、拘束圧、土の種類などの要因が大変形時の間隙水圧およびせん断強度に与える影響を調べた。まず現有の試験装置の改良を行った。土の軟化過程を含む大変形領域での単純せん断試験を行うために、電動パルスモーターによる変位制御式のねじり載荷装置を製作して現有の中空ねじりせん断装置に搭載した。また、パーソナルコンピューターを用いた実験装置の自動制御・自動計測のシステムを開発し、実験の時間短縮と省力化を図った。実験では、豊浦砂を用いて乾燥堆積方により、外径10cm、内径6cm、高さ10cmの中空供試体を作製した。中空供試体の高さ変化・内径変化・体積変化を拘束すると供試体の形や寸法は全く変化しない。この条件下で定速ねじり変位を加えることにより単純せん断試験を実施した。4種類の密度の供試体について、それぞれ初期等方拘束圧50、100、200、300kPaのもとで単純せん断試験を行った。これらの試験条件下で供試体は圧縮的挙動を示し応力の極小点(準定常状態、QSS)が現れた。試験結果を検討し、つぎの結果を得た。
1)せん断摩擦角の変化:砂の密度によらず、ピーク強度における摩擦角は20-22度、QSSで33-35度、以降の大変形状態では35-37度である。
2)主応力軸の回転:最大主応力が鉛直方向からなす角度は始めは0度であるがせん断開始と共に急激に増加し45度となる。その後QSSまで減少し、QSSをすぎると再び45度に向かって増加してゆく。
3)中間主応力係数bの変化:せん断初期はb=0.5であるがピーク強度直前で減少しはじめてQSSにおいてb=0.25となり、以後ほぼ一定が保たれる。
密度の影響:e-log p'平面上で、準定状態線(QSSL)は各初期圧密線(ICL)ごとに決まる。密度が大きいほど間隙水圧の発生が小さくなってQSSLとICLは接近するが、間隙比の差が0.005程度であればせん断挙動に大差ない。
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