液状化した砂の物性と側方流動に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650500
• 研究機関: 福山大学
• 研究代表者: 柴田 徹 福山大学, 工学部, 教授 (20027212)
• 研究分担者: 渦岡 良介 (特法)理化学研究所, 地震防災フロンティア・研究センター, 研究員 ; 西原 晃 福山大学, 工学部, 助教授 (90164574)
• キーワード: 液状化 / 飽和砂 / ガラスビーズ / 体積膨張 / ビンガム粘性 / 浸透水流 / 側方変形 / 数値解析

研究概要

本研究は地震などで液状化した後の地盤の力学挙動を解明するために、液状化砂の物性(体積変化率と粘性率)を実験的に調べることと、実験結果に基づいて、側方流動現象を解析的に扱うことを目的としている。
1.物性研究に使用した実験試料は、粒径の異なる3種類の砂、および4種類のガラスビーズである。円筒容器に充填した飽和材料に対して、下方から上方に向かって浸透水流を発生させ、流速を種々に変えたときの体積変化と間隙水圧を測定した。また同じ条件下で、回転粘度計により粘性係数を測定した。
2.浸透水流速を徐々に増加すると、ダルシー則の成立範囲を越えた点(すなわち限界動水勾配)から体積膨張がはじまり、その際に体積膨張率と浸透流速の間には比例関係が成立することをみだした(その比例定数をδとする)。限界動水勾配に到達したときの浸透流速をV_cとすれば、δとV_cの積は同一材料では密度が違っても一定で,1/6〜1/16の範囲の値をとる。また粒径の均等係数が大きいと[δ・V_c]は小さくなる傾向がみられた。
3.液状化材料の体積膨張と浸透流速の比例関係は、固体の融解現象にみられる体積膨張と絶対温度の関係に類似しており、流速は温度の働きをし、限界流速は固体の融点に相当すると解釈できる。
4.液状化材料の見かけの粘性係数ηは、ひずみ速度の増加とともに減少する特徴を示し、ビンガム塑性流動の範ちゅうに分類できる。上向き浸透流速vを与えたときのηは、AとBを定数としてη=Aexp(B/v)の関係が得られた。この式はvを絶対温度に置き換えるとアンドレイドの粘度式と同形であるから、この場合も浸透流速は温度の役目を果たしていると解釈できる。
5.液状化後の地盤の変形予測として、ビンガム流動モデルを組み込んだ数値解析コードを用いて、盛土の流動破壊事例のシミュレーシヨンを実施した。盛土体の流動距離の予測値は、ほぼ実情に近いものと推定された。

研究成果

• [文献書誌] 柴田徹, 西原晃: "Quik-Sand状態にある砂の体積膨張挙動"地下水地盤環境に関するシンポジューム論文集. 8. 101-106 (2001)
• [文献書誌] 柴田徹: "地盤の液状化を追って-新潟地震から兵庫県南部地震まで-"福山大学ハイテク研究センター紀要. 1-1. 35-42 (2001)
• [文献書誌] 柴田徹, 西原晃: "200年鳥取県西部地震の液状化調査"福山大学ハイテク研究センター紀要. 1-1. 76-89 (2001)
• [文献書誌] 柴田徹, 西原晃: "クイックサンド状態にある砂の体積変化特性"福山大学工学部紀要. 25. 13-16 (2001)
• [文献書誌] S.Hadush, Yamada, A.Uzuoka, R.: "Importance of viscous fluid characteristics in liquefaction induced lateral spreading analysis"Computers & Geotech.. 27-3. 199-224 (2000)
• [文献書誌] S.Hadush, Yashima, A., Uzuoka.R.: "Liquefaction induced lateral spread analysis using the CIP method"Computers & Geotech.. 28-8. 549-574 (2001)