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地盤構造物の耐震設計の分野でも、性能設計の思想の導入は現在盛んに努力されている。これは特に、液状化対策技術の評価と選択において、重要である。種々の対策の中には、河川堤防や護岸、埋設管などを対象にして液状化の発生そのものは許すが被害となるような大変形の発生は抑制するものが多くある。これらの技術の性能評価においては、液状化地盤の変形性能を正確に把握することが必須である。本研究の関係者らは従来から、液状化砂の変形特性を実験的に測定する試みを続けてきた。しかし液状化のように有効応力の極端に低い状況を作ろうとすると、せん断実験では有効応力を十分小さくすることによって試験体そのものが崩壊する、試験体内部の応力不均一が砂の自重のためにはなはだしくなる、という問題があり、他方、模型振動実験では応力やひずみが正確には測れない、という問題があった。そこで挑戦したのが無重力環境におけるせん断実験である。実験に適合したせん断装置を新たに試作し、岐阜県にある縦孔自由落下実験施設にこれを持ち込んで、自由落下環境における短時間の無重力状態でせん断実験を行った。
研究において遭遇した主な困難には、落下の開始と同時に試験体への拘束を外してせん断を開始する制御、小型軽量の載荷装置の開発、正のダイレイタンシーによって飽和試験体中に発生する有効応力の除去、があった。特に三番目が難しく、最終的には乾燥試験体の排水せん断実験を行うことで、問題を解決した。この状態で内部摩擦角は70度に近かった。成功した実験結果によれば、無重力状態にある砂試験体は、一定のせん断応力の下で一定のひずみ速度で変形する。これは砂が粘性流体に似た挙動を示すことを意味する。これから砂の粘性係数を計算し、400kPa秒程度である、との結果を得た。この値を用いて、法尻矢板や押さえ盛土などの河川堤防の液状化災害軽減技術の性能を評価した。
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