湯守泰良

繰返しせん断の主応力方向を制御した液状化試験手法の開発

豊田浩史

既往の研究では，砂地盤の液状化特性が粒子配向性と最大主応力方向の影響を受けることが指摘されている．特に，堆積過程により形成される粒子配向性と，地震時に作用する主応力方向との関係は，液状化強度の評価において重要な要因である．しかし，従来広く用いられてきた三軸試験では，主応力方向が鉛直または水平に限定されるため，粒子配向性と主応力方向の関係を十分に評価することが難しい．また，三軸試験では，中間主応力係数 b は 0（圧縮）または 1（伸張）に限定される．そのため，三次元応力状態のもとで液状化特性に及ぼす影響を評価することができない．
これまでの研究では，粒子配向性を有する供試体に対して，三軸試験および振動台試験による液状化試験が実施されてきたが，両試験で得られる液状化強度の傾向が逆転することが報告されている．このことから，載荷方法，つまり主応力方向や中間主応力状態の違いが，液状化挙動に影響を及ぼしている可能性が示唆される．したがって，粒子配向性と最大主応力方向の差を考慮した条件で液状化特性を評価する必要がある．
本研究では，中空ねじりせん断試験装置を用い，主応力方向および中間主応力係数bを任意に設定できる単調載荷試験および液状化試験を開発した．試料には豊浦砂を用い，同一の粒子配向性を有する供試体を等方圧密し，せん断は，平均主応力一定条件で鉛直方向からの最大主応力方向の角度αを0〜90°の範囲で変化させた（α=0°は最大主応力が鉛直方向に作用する状態，α=90°は水平方向に作用する状態を示す）．さらに，中間主応力係数bを複数設定することで，三次元応力状態の影響を系統的に検討した．
その結果，単調載荷では最大主応力方向αまたは中間主応力係数bが大きいと，間隙水圧の発生が大きく，破壊線の傾きは小さくなった．しかしながら，液状化試験では，繰返し載荷時に主応力方向が90°反転するため，αの影響は小さくなった．