Applicability of energy-based liquefaction potential evaluation method compared with FL-method

Abstract

概 要 液状化の判定には応力的判定法（FL 法）が標準的方法として使われている。液状化発生をより直接的に 支配する物理量として損失エネルギーに着目したエネルギー的液状化判定法も提案されてきたが実用には 至っていない。継続時間の長い海溝型地震や継続時間は短いが振幅の大きな地殻内直下型地震など多種類 の地震動に対し統一的に液状化判定を行うためには，エネルギーに基づいた方法が優れている。ここでは 密度・細粒分含有率の異なる三軸液状化試験のデータをエネルギー的観点から分析し，供試体中の損失エ ネルギーが繰返し応力の波数や振幅に関わらず間隙水圧上昇や発生ひずみと一意的な関係があることを示 し，それに基づいたエネルギー的液状化判定の具体的方法を提案した。さらにエネルギー法をモデル地盤 に適用し，同一地震動を入力させた応力法と比較することにより，その特徴と可能性を明らかにした。 キーワード：液状化判定法，損失エネルギー，ひずみエネルギー，波動エネルギー，液状化強度比 1. は じ め に 液状化判定法は Seed-Idriss の研究 1) 以来，力の釣り合い に基づいた応力法（加速度により地盤に発生するせん断応 力と砂の非排水繰返し強度を比較する）が標準的方法とし て使われてきた。そこでは，砂の原位置非排水繰返し強度 は標準貫入試験などの原位置サウンディング試験により 評価する。一方地震時せん断応力は，地表で与える最大水 平加速度より簡易に推定するか，あるいは設計地震動を用 いた地盤の応答解析から計算する。この際，液状化判定で 想定する地震動に関わるパラメータ（マグニチュード，継 続時間，波形の特性など）の影響を種々の係数により処理 している。 一方，液状化発生に直結する物理量として，せん断応力 の代わりにひずみを重視する方法 2） や損失エネルギーに 着目した液状化判定法 3）4） も提案されている。特にエネル ギーについては， 非排水繰返しせん断試験での間隙水圧上 昇が，供試体の単位体積当たり内部損失エネルギーと密接 に関連していることは幾つかの既往の研究で指摘され 5）6） 7）8）9) ，地震動の繰返し回数や波形の違いに関わらずその エネルギーにより，液状化発生を評価できる可能性が示さ れてきた。 2011 年東北地方太平洋沖地震のように継続時間の長い 海溝型地震や 1995 年兵庫県南部地震のように地殻内で起 きる短く激しい揺れの直下地震に対しても統一的に液状 化判定を行うためには， エネルギーに基づいた方法が優れ ている。それにも関わらず，エネルギーによる判定法は実 務の場で使われるまでには至っていないのが現状である。 ここでは， 非排水繰返し三軸試験結果のエネルギー的分 析に基づきエネルギー法の特長を生かした簡易液状化判 定の可能性を検討する。 さらにエネルギー法をモデル地盤 に適用して応力法と比較することにより， その適用性と特 徴を調べる。 2. 三軸試験での内部損失エネルギー 液状化進行にともなう計測値と内部損失エネルギーと の関係を調べるために，以前に中型三軸試験機を用いて行 った一連の液状化試験の結果 10） を用いた。この試験では 径 10cm 高さ 20cm の供試体により， 目標相対密度 D r =30， 50，70%，細粒分含有率 F c =0，5，10，20%で供試体を作 成し試験を行っている。用いた試験材料は千葉県富津の埋 立砂をふるい分けしたクリーンサンドであり，それに混合 させる細粒土として低塑性シルト（I p =6）を用いている。 試料は湿潤締固め法により目標相対密度に調整し，2 重負 圧法により B 値 0.95 以上の条件で完全飽和させた状態で， 有効拘束圧 c   =98 kPa，背圧 196kPa で等方圧密し，応力 制御により軸応力のみを一定振幅 d  で変動させることに より液状化試験を行った。試験の主要な条件と結果を表 1 にまとめているが，詳細については文献 10）を参照いた だきたい。 エネルギーによる液状化判定法の適用性検討と FL 法との対比