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土の強度を測定する標準的方法は、三軸せん断をはじめとする要素試験である。そこでは歪速度や周波数の影響まではある程度考慮されているものの、地震時の状況を完全に再現しているわけではない。本研究では、地震時の土の強度を振動状態で、つまり慣性力の作用している状態で測ることを、目的とした。
研究の時点で、振動台上に要素試験装置をのせてせん断試験を行なうことは、機器の安定上、測定の精度上、不可能であった。そこで代わりに模型実験から強度を評価することにした。砂地盤模型に管を埋設し、これを横方向に引いた。引くに要する力(地盤反力)は土のせん断強度を直接反映している。
最初に乾燥砂地盤の中で地盤反力を測定した。振動台の水平加速度を色々に変え、反力に及ぼす慣性力の影響を調べた。それによると、振動が始まると地盤反力が突然小さくなり、振動を停止するとまたすみやかに、もとの水準に戻った。反力の一時的低下は慣性力の影響と考えられる。これが振動による土の締め固まりとは無関係であることは、振動後に力がもとの水準に戻ったことから、うかがわれる。反力の低下は振動台加速度が300ガルを越えたころから目立ちはじめた。これらのことから、振動時の砂のせん断強度は、常時より小さいことがわかった。
次に、水で飽和した模型地盤を加振して地盤反力を測定した。液状化が起こった後のダイレイタンシー、有効応力変動、剛性の回復を観測するのが目的である。加振によって液状化した地盤がまだ振動している間は、埋設管を一方向あるいは往復の運動をさせても、地盤反力はかすかにしか発生しなかった。これに対して振動を停止させると、まだ液状化状態は続いているにもかかわらず様子が変化し、管の往復運動に対応して周辺間隙水圧の増減すなわちダイレイタンシーが始まった。そして地盤反力が生じ、地盤にせん断強度が発生した。この強度は管の移動速度に依存する、つまり粘性抵抗的な性質をもつこともわかった。
以上を要するに、振動するときの土のせん断強度は常時とは様相が異なる。砂粒子の運動が慣性力によって影響され、粒子接点が消滅したり、安定してダイレイタンシーの膨張状態を維持できないものと考えられる。
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