第5章 土の強さ 5. 3 せん断試験 土のせん断強さは、その密度、含水比および圧密度などによって変化する から、できるだけ実際の破壊を起こす状態に近づけるか、または、その土の 最悪の状態で試験を行なって、設計に使用するのがよい。 せん断試験の方法を大別すると、次のようになる(図−5.8参照)。 また、室内せん断試験を実施するには、せん断力の加え方によって、次の 二つの方法に分けられる。 (1)ひずみ制御型 ひずみの速さを一定にしてせん断を行ない、ひずみと応力の関係を調べ る方式。 (2)応力制御型 応力を段階的に一定の速さで増加させて、せん断を行ない、応力とひず みの関係を調べる方式。 ひずみ制御式は機構上、試験を実施しやすく、応力−ひずみ図の極大値、 その他の記録を忠実に表現してくれるなどの利点が多いため、現在は、この 方式がよく用いられている。 また粘性土では、試験中の垂直応力、せん断応力の加え方によって、供試 体に発生する間隙水圧が変化し、そのため、せん断強さが変わってくるから、 供試体の排水条件によって、試験方法を次のように分類している。 1. 非圧密排水せん断試験(UU試験) 試料を圧密することなく、試験中も、間隙水の排出を許さない。盛土荷重 の積み上げが比較的急激であって、その結果、すべりその他の破壊が心配さ れる場合に適用する。 2. 土の三軸圧縮試験 | 協同組合土質屋北陸. 圧密非排水せん断試験(CU試験) 試料を圧密したのち、試験中は間隙水の排出を許さず、せん断試験を行な うもの。プレロ−ディング工法などで地盤を圧密強化した後、一挙に盛土な どの載荷を行なう場合の、破壊に対する検討をするときに実施する。 3. 圧密排水せん断試験(CD試験) 試料を圧密したのち、せん断試験中もゆっくり力を加え、自由に間隙水の 排出を許すもの。圧密がほぼ終了してから載荷が行なわれるような、比較的 ゆとりのある工事において、安全を検討する場合に適用される。 5. 3. 1 一面せん断試験 図−5.9に示すような、上下に分かれたせん断箱に試料を入れ、一定の 垂直応力のもとで、上箱または下箱にせん断力を加える。そのとき試料に生 ずるせん断抵抗を、検力計で測定できるようになっている。また圧密過程で、 間隙水の排出を容易にするため、歯形のついた透水板および水抜き孔が下に ついている。供試体は直径60mm、厚さ20mmの円板形のものを標準とする。垂 直荷重は、試料が現場で受ける応力の範囲を含んで、4段階以上に変えて試 験する。また、せん断速度は間隙水圧を考慮しない場合1mm/min以上で、間 隙水圧を考慮する場合は0.
00 試料選定 現場にてシンウォールサンプリングにより乱さない状態の試料を採取し、高さ11cm程度に切断して試験試料とします。さらに試料外側を削り、乱れの少ない中心部分で試験供試体を作製します。 01 供試体の成形・トリマー トリマーに試料を設置します。試料を上下に挟んだ台の部分は回転するので、外側のガイドに沿って削ることで精確な円柱供試体に仕上がります。 02 供試体の成形・端面 マイターボックスに供試体を挟み、上下の両端面を整形します。上下端面は平滑・平行にしなければなりません。試験の強度・変形特性に不確かさを与えないよう、高さのバラツキは0.
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三軸試験の拘束圧について後輩から質問がありました。 三軸試験の拘束圧はc・φを決めるのに重要な要素です。が、多くの方は気を使われていないようです。現場担当・試験担当などの分業化、試験の基準化の弊害でしょう。現場が「三軸試験をお願い」と言えば、基準に従った結果は上がってきます。が、側圧の詳細な設定方法は基準に載っていませんので、試験者によってはゲージの読みやすい値や習慣で、とんでもない拘束圧を設定することもあるでしょう。拘束圧の設定方法に疑問を持った(設計者)は「いいね!
10)、 (5. 11)式から求められる。 ここに、Δι:軸方向の圧縮変形量(cm) L:供試体の最初の高さ(cm) σ 1 :土中の上下方向主応力(kg/cm 2 ) σ 3 :液圧(側圧)(kg/cm 2 ) P:ピストンによって加えられる軸方向の力(kg) A:軸方向のひずみε(%)に対する供試体の平均断面積(cm 2 ) A 0 :供試体の最初の断面積(cm 2 ) 軸方向の全圧縮応力σ 1 (=P/A+σ 3 )と、そのときの側圧σ 3 を一組と して横軸にとり、これらを直径とするモ−ルの円を、図−5.19のように 描く。これらの円に共通接線を引くとき、この直線と縦軸の交点が粘着力c を与え、直線の傾きが内部摩擦角ψを与えることになる。 供試体の粘着力、および内部摩擦角を求めるには、次のような方法もある。 すなわち、横軸に最大主応力差(σ 1 −σ 3)fをとり、実験値を結ぶ直線を決 定する。この直線の傾きをm 0 、縦軸を切る長さを∫ 0 とすると(図−5. 20参照)、粘着力cと内部摩擦角ψは、(5. 一軸圧縮試験とは？1分でわかる意味、供試体の寸法、粘着力、一軸圧縮強度. 12)式および(5. 13)式で与えら れる。 5. 4 ベ−ンせん断試験 現場で、試験機をそのまま土中に挿入して、土のせん断強さを求めようと する原位置試験の一種で、調査しようとする土を乱さずに試験できる点が優 れている。そのため、きわめてやわらかい粘土その他の試料採取、および成 形の困難な土に適用して便利である。また最近は、試料採取管内の軟粘土に ついて、室内試験のできる装置も開発されている。 図−5.21のような4枚の直交した羽根を、静かに粘土地盤に圧入し、 これを回転せしめるような力を与える。土は、回転モ−メントのための円筒 形の上下面、および円周面ですべるが、そのまさに破壊せんとするときの回 転モ−メントをMmax とすると、粘土の粘着力c(kg/cm 2 )は(摩擦力=0とし て)、(5. 14) 式で求められる。 [ ↑目次へ戻る]
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15のように、直径の一端は座標原点を通ることになり、(5. 9)式が成立し、 粘着力は一軸圧縮強さの半分に等しい。 c=qu/2 ・・・・・・・・(5. 9) また5. 1 でも述べたように(図−5.4参照)ク−ロンの破壊包絡線とモ −ルの円との接点Tをのぞむ角∠TOA=90゜の半分が、供試体における破壊 すべり面の傾斜角に相当するから、ψ=0のときの供試体の破壊は、x軸(水 平線)に対して約45゜の傾きで起こる。 5. Geochemist？: 三軸圧縮試験の拘束圧. 3 三軸圧縮試験 圧縮試験を行なって、間接的に土のせん断強さを求める試験であるが、供 試体のあらゆる部分に一様な応力が加わるから、現在のところ、最も正確に 土のせん断強さを決定することができる試験と考えられている。 試験装置の主要部分は、次の三つに大別できる(図−5.16参照)。 (1)三軸圧縮室・・・・・供試体を入れ圧縮する部分。 (2)載荷装置・定圧装置・・・・荷重を加えたり、その荷重を一定に保つ装置。 (3)間隙水圧測定装置・体積変化測定装置・・・供試体内の間隙水圧、およ び供試体の体積を測定する装置。 このうち、とくに重要な三軸圧縮室の構造略図を図−5.17に示す。 底盤、上ぶたおよび透明プラスチック円筒よりなるが、上ぶたとプラスチッ ク円筒は、供試体の出入りの際、底盤から取り外すことができるようになっ ている。 供試体は、直径3. 5~5cm、高さ8~12. 5cmの、直径に対し、高さが2~ 2. 5倍の寸法のものがよく用いられる。側圧および軸圧を変えて、3個以上試 験するのが普通である。特殊な成形わくを用いると、砂および砂質土の試験 もできる。 供試体は薄いゴム膜で包み、圧縮室内にセットする。水、あるいはグリセ リン水で一定の側圧をかけて圧密した後、過剰間隙水圧が発生しないような 速さで、軸方向の力を加えて圧縮する(排水試験)。 一般のひずみ制御型、非排水試験の場合、軸方向荷重の圧縮速度は、毎分、 供し体の高さの1%のひずみを生ずるように加え、読みは供試体の高さの1/ 500ごとに記録するのが普通である。圧縮は、検力計の読みが最大となってか ら、または供試体のひずみが15%を越えてからも、なお、引続き1分間は行 なうようにする。 以上の試験の結果を、横軸に軸方向の圧縮ひずみ、縦軸に軸差応力をとり、 8にような応力−ひずみ曲線を描く。これから軸差応力の最大値(σ 1 −σ 3)f を決める。軸方向ひずみε(%)および軸差応力(σ 1 −σ 3)kg/cm 2 は、(5.
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