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えのふじした
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1 地盤材料学地盤材料 6/11 1:3 12: 地盤材料 3 授業計画 ( 案 ) 曜 2 限 : 地盤材料学 ( 藏 )W2-319 第 1 回 (4/9) 授業の概要第 2 回 (4/16) 砂と粘 ( 圧縮特性 ) 第 3 回 (4/23) 砂と粘 ( 圧縮特性, クリープ, 応緩和 ) 第 4 回 (5/7) 砂と粘 ( 排条件とせん断挙動 ) 第 5 回 (5/14) 砂と粘 ( の破壊規準, 限界状態 ) 第 6 回 (5/21) 地盤材料の動的特性 ( 有効応原理, 室内試験法 ) 第 7 回 (5/28) 地盤材料の動的特性 ( 粒破砕, 液状化強度判定 ) 第 8 回 (6/11) 地盤材料 ( リサイクル材, 副産物, 経年変化 ) 第 9 回 (6/18) 複合地盤のモデル化 ( プレゼンテーマ提 ) 第 1 回 (6/25) 講演会 ( 隅 : 防災科研 )( レポート ) 第 11 回 (7/2) 複合地盤の挙動 ( ワード,ppt 提出締切 ) 第 12 回 (7/9) 総合演習 ( 発表会 ) 第 13 回 (7/12) 総合演習 ( 発表会 ) 第 14 回 (7/23) 総合演習 ( 発表会 ) 九州大学 UI プロジェクト Kyudai Taro,27 今の講義内容固化処理の歴史様々な地盤材料の紹介砕スラグの地盤学的有効利最終プレゼンテーションについて (3つ ) 地盤材料の耐久性 ( 固化処理の例 ) 地盤材料学地盤材料土の強度を決める要素土の種類 ( 土粒子の強さ, 粒子形状など ) 密度大 ( 含水比間隙比小 ) 拘束条件 ( 拘束圧 ) 排水荷重条件 ( 排水非排水 or 緩速急速載荷 ) 工夫 ( 補強材, 固化材など )

環境問題とリサイクル平成より事前混合処理土気泡混合処理土発泡ビーズ混合軽量処理土短繊維混合補強土スラリー化安定処理土 ( 流動化処理土 )

高炉水砕スラグ高炉徐冷スラグ転炉系スラグ電気炉系スラグ鉄鋼スラグ (H28): 3751 万トン高炉水砕スラグ : 1926.

利用用途の拡大を目的として地盤工学の分野において ( 地盤改良材として ) の有効利用を期待する地盤材料としての適用事例軽量盛土としての適用

slag Consolidation accelerated peripheral ground with drainage Settlement Time

2 環境問題とリサイクル平成より事前混合処理土気泡混合処理土発泡ビーズ混合軽量処理土短繊維混合補強土スラリー化安定処理土 ( 流動化処理土 ) 特殊粒状改良土機械式脱水処理土液状化対策付加価値リサイクル高炉水砕スラグ鉄鋼スラグ高炉スラグ製鋼スラグ高炉水砕スラグの有効利用 (H28) 高炉水砕スラグ高炉徐冷スラグ転炉系スラグ電気炉系スラグ鉄鋼スラグ (H28): 3751 万トン高炉水砕スラグ : 万トン徐冷スラグ : 414 万トン転炉系スラグ : 万トン電気炉系スラグ : 万トン高炉水砕スラグの生産量が一番多い (51.3%) 高強度高透水性 (k=1-1 ~1-2 cm/s) ( 未硬化のとき ) 軽量性潜在水硬性 ( 水和反応により硬化 ) 将来 : 利用用途の拡大を目的として地盤工学の分野において ( 地盤改良材として ) の有効利用を期待する地盤材料としての適用事例軽量盛土としての適用高炉水砕スラグ 1μm Water flow 盛土の施工状況 Soft layer Drain function Bearing layer Uncured slag Consolidation accelerated peripheral ground with drainage Settlement Time elapsed Hardened pile Intensity increased peripheral ground Cured slag SCP( サンドコンパクションパイル ) としての適用銑鉄の製造過程で生成される副産物粗鋼 : 鉄鋼スラグ 3:1 水砕スラグはその 5 割程度を占める粒子内部が多孔質で角ばった形状鉄鋼スラグ協会

3 検討項目高炉水砕スラグの基本的性質 ( 未硬化時 ) 高炉水砕スラグ試験盛土の概要 ( 硬化時 ) 軽量性の経年変化 : 長期的に変化するのか? 潜在水硬性に伴う力学特性の経年変化一軸圧縮強度, 強度定数など自然環境下での強度増加は期待できるのか? 今後の展開通過質量百分率 (%) 物理的性質, 締固め特性水砕スラグ A 玄海砂粒径 (mm) 土粒子密度最大間隙比最小間隙比 ρ s e max e min 水砕スラグA 水砕スラグB 比較 : 玄海砂水砕スラグ A 玄海砂含水比 w(%) 自然砂に類似した粒径, 密度が含水比に依存しない応力比 η= q/p ' 体積ひずみ ε v (%) 静的せん断強度特性 (CD test) q/p ー ε a ー ε v 関係 ( 相対密度の違い ) 3. σ 3 = 5kPa σ3 = 1kPa e = 1.~1.1 Dr = 79 ~8% σ 3 = 15kPa σ 3 = 5kPa σ 3 = 3kPa -1 σ 3 = 5kPa σ3 = 1kPa -5 σ 3 = 15kPa 5 1 σ 3 = 5kPa σ 3 = 3kPa 軸ひずみ ε a (%) 応力比 η= q/p ' 体積ひずみ ε v (%) σ 3 = 5kPa σ3 = 1kPa スラグ : 緩詰 e = 1.14~1.17 Dr = 49 ~55% σ 3 = 15kPa σ 3 = 5kPa σ 3 = 3kPa -1-5 σ 3 = 15kPa σ 3 = 5kPa σ 3 = 1kPa 5 σ 1 3 = 5kPa σ 3 = 3kPa 体積ひずみ ε a (%) 静的せん断強度特性 (CD test) モールの応力円 ( 相対密度の違い ) せん断応力 τ(kpa) せん断応力 τ(kpa) φ d =47. φ d =39.9 e = 1.~1.1 Dr = 79 ~8% 有効応力 σ ' (kpa) φ d =43. φ d =39.5 e = 1.14~1.17 Dr = 49~55% 有効応力 σ ' (kpa) スラグ : 緩詰

4 液状化再液状化抵抗同一供試体の液状化再液状化抵抗の比較 ( 応力経路 ) 未硬化時粒子破砕密度増加に着目同一供試体に対する液状化再液状化抵抗の比較同一相対密度の未液状化供試体と再液状化供試体の比較高炉水砕スラグの液状化抵抗と再液状化抵抗 ( 初期せん断ひずみ量に着目した再液状化抵抗 ) q (kpa) 2 q (kpa) p' (kpa) p' (kpa) (a) 初回液状化時 (b) 再液状化時 2 (σ =1 kpa, Dr=5%) 同一供試体の液状化再液状化抵抗の比較 ( 液状化強度曲線 ) 繰返し応力振幅比 σ d /2σ o 初回液状化 Dr=79.8% 再液状化 1 Dr=86.1% 再液状化 2 Dr=94.1% 初回液状化 Dr=51.8% 再液状化 1 Dr=81.8% 再液状化 2 再液状化 2 σ o =1kPa 再液状化 2 Dr=94.2% DA=5% 繰返し載荷回数 Nc 同一供試体では, 再液状化強度の方が大きくなる密度増加に伴う強度増加液状化抵抗に及ぼす拘束圧の影響繰返し応力振幅比 σ d /2σ o 初回液状化再液状化 1 再液状化 2 初回液状化再液状化 1 再液状化 2 1kPa 15kPa 緩詰 D r 5% 繰返し載荷回数 Nc 拘束圧が大きい方が液状化強度は低下する粒子破砕の影響が考えられる

同一相対密度の未液状化供試体と再液状化供試体との比較 ( 液状化強度曲線 ) 繰り返し応力振幅比

未液状化供試体処女供試体 Dr=8% DA=5% σ =1kPa 1 1 2 1 1

未液状化供試体の方が再液状化強度が大きくなる粒子接点の増加により更に液状化しやすい

~5.m N 値 =~1 粘土層 :GL5.~11.35m qu=6~7kpa 1:2 1 :.

5 同一相対密度の未液状化供試体と再液状化供試体との比較 ( 液状化強度曲線 ) 繰り返し応力振幅比 σ d /2σ 再液状化試験体 Dr=5% 再液状化試験体 Dr=8% 未液状化供試体処女供試体 Dr=5% 未液状化供試体処女供試体 Dr=8% DA=5% σ =1kPa 繰り返し載荷回数 (Nc) 高炉水砕スラグの特性の経年変化 ( 試験盛土によるサンプリング調査 ) 未液状化供試体の方が再液状化強度が大きくなる粒子接点の増加により更に液状化しやすいスラグ試験盛土 ( 山口県宇部市 :21 年 11 月施工 ) スラグ試験盛土の概要.3m / 層撒き出し No.5 1.m / 層撒き出し 6.2m 試験盛土の完成状況施工後約 8 年経過した試験盛土の状況平面図断面図砂層 :GL ~5.m N 値 =~1 粘土層 :GL5.~11.35m qu=6~7kpa 1:2 1 :.5 1:1 No.3 No.6 No.2 No.1 No.4 1.m No.3 No.2 No.1 5.m 5.m1.m 2.m 3.m 1: 沈下板 1.m 水位計 No.7 薄層撒き出し範囲 1.m No.8 2.m 埋土砂混じりシルト砂シルト混じり砂砂混じりシルト粘土砂砂れき

6 スラグ試験盛土の施工性 ( 撒き出し層厚 ) 乾燥密度の経時変化 ( 各深度の平均値 ) ρ dmax =1.39 管理基準値 ρ d =1.25.3m/ 層転圧回数 ( 回 ) 深度 (m).5 1.3m/ 層 1.m/ 層管理基準値 ρ d = ρ dmax = m/ 層撒きだし厚さで施工する場合も, 転圧回数を増やすことで, 密度管理が可能 1..3m/ 層撒き出し深度.5m の累乗近似曲線 m.5m 1.m m 経過日数 ( 日 ) m 深度.5m の累乗近似曲線.5m 1.m m 経過日数 ( 日 ) 施工時の乾燥密度と比較して, 自然環境下で長期間放置されたスラグ盛土の乾燥密度は同程度もしくは小さくなる傾向を示す 1. 1.m/ 層撒き出し深度 m の累乗近似曲線一軸圧縮強度 q u (kn/m 2 ) 一軸圧縮強度の経年変化と乾燥密度との関係.3m/ 層撒き出し 1.m/ 層撒き出し経過年数 ( 年 ) 一軸圧縮強度 q u (kn/m 2 ) m/ 層撒き出し 1.m/ 層撒き出し.5 1. 初期締固め程度が大きい方が, 一軸圧縮強度も大きい乾燥密度の増加とともに一軸圧縮強度も増加する. 応力比 η= q/p ' 体積ひずみ ε v (%) 静的せん断強度特性 1 CD test q/p ー ε a ー ε v 関係 ( 未硬化と硬化の比較 ) 3. σ 3 = 5kPa σ3 = 1kPa e = 1.~1.1 Dr = 79 ~8% σ 3 = 15kPa σ 3 = 5kPa σ 3 = 3kPa -1 σ 3 = 5kPa σ3 = 1kPa -5 σ 3 = 15kPa 5 1 σ 3 = 5kPa σ 3 = 3kPa 軸ひずみ ε a (%) 応力比 η= q/p ' 体積ひずみ ε v (%) 試験盛土スラグ σ 3 = 5kPa σ 3 = 1kPa σ 3 = 15kPa 1.m/ 層撒き出し深度 :(m) 施工後 8 年経過 -1 σ 3 = 15kPa -5 σ 3 = 1kPa σ 3 = 5kPa 軸ひずみ ε a (%)

7 η= q / p ' 2 静的せん断強度特性 2 CD test( 未硬化と硬化 ) ストレスダイレイタンシー関係 1 σ 3 5kPa 1kPa 15kPa 3kPa 5kPa 水砕スラグB e =1.~1.1 D r =79~8% Μ Φ s = dε v /dε s 限界状態の Stress dilatancy q p ' d M d v s η= q / p ' σ 3 5kPa 1kPa 15kPa 試験盛土スラグ 1.m/ 層撒き出し深度 :m 施工後 8 年経過 dε v /dε s セメンテーションを考慮できていない静的せん断強度特性 3 CD test モールの応力円 ( 未硬化と硬化の比較 ) せん断応力 τ(kpa) せん断応力 τ(kpa) φ d =47. φ d =39.9 e = 1.~1.1 Dr = 79 ~8% 有効応力 σ ' (kpa) φ d =38. c d = 158kPa 1.m/ 層撒き出し深度 :(m) 施工後 8 年経過有効応力 σ ' (kpa) 試験盛土スラグ強度定数の経年変化と乾燥密度との関係粘着力 c d (kpa) m/ 層 1.m/ 層密詰 (Dr=8%) 緩詰 (Dr=5%).3m/ 層 1.m/ 層内部摩擦角 φ d 粘着力 c d 経過年数 ( 年 ) 内部摩擦角は, 初期締固め程度依らず,35 以上. 初期締固め程度が大きいほど, 粘着力は大きい内部摩擦角 φ d (deg.) 今後の展開コンクリートなどに使われるセメント添加材高炉水砕スラグどちらも水和反応によって固まる相違点比表面積が大きい ( パウダー状 ) 粒状材である一度に水和反応が起こる接触点のみ水和反応が起こり, 反応していない部分がある? 再硬化のメリット ( 自己治癒 )

8 今後の展開最終プレゼンテーマについて 3 東本震災で発した災害廃棄物が地盤材料として有効利されている. 災害廃棄物の特徴やどのように処理され, どこに使われているのか? メンテナンスフリーの地盤材料へ九州大学 UI プロジェクト Kyudai Taro,27

H23 基礎地盤力学演習演習問題

H23 基礎地盤力学演習演習問題せん断応力 τ (kn/m ) H6 応用地盤力学及び演習演習問題 4 年月日. 強度定数の算定ある試料について一面せん断試験 ( 供試体の直径 D=6.cm, 高さ H=.cm) を行い表に示すデータを得たこの土の強度定数 c, φ を求めよ垂直応力 P (N) 4 せん断力 S (N) 5 8 < 解答 > 供試体の断面積 A=πD /4 とすると垂直応力 σ=p/a 最大せん断応力