全地連「技術フォーラム2012」新潟【15】ボアホールジャッキ試験における地盤と載荷板の摩擦係数 1. 川崎地質㈱ ○川久保昌平川崎地質㈱原田克之川崎地質㈱川井康右ん断応力成分τ rθは，孔壁と載荷板との動摩擦係数μ’ 緒言本研究では地盤と金属製の載荷板との摩擦実験を行（<1.0）を乗じた分しか伝達されていないことが懸念されい，両者の接触面でのμ’を求めることにより，すべりをる（図-2）．その場合には，境界条件を完全密着範囲と非生じない範囲である有効載荷角度β’を検証した．以下，密着範囲に区分して理論解析しなければならない3)．本論文では地盤材料に岩盤を想定し，数種類の岩石試料を用いた実験結果について報告する． 3. 地盤材料及び金属板岩石材料として第三紀砂岩（鋸山産），大谷石（宇都宮産）及び花崗岩（小豆島産）を用い，縦100mm×横200mm 2. ボアホールジャッキ試験における載荷状況 y 剛体載荷板 2β ×高さ100mm の直方体の試験片を作成した（写真-1）． d 2 P θ O P x 地盤図-1 ボアホールジャッキ試験すべり範囲 σr σr µ 'τ rθ τ rθ 完全密着範囲 τ rθ σr σr µ 'τ rθ （a）砂岩 µ：動摩擦係数 ' 2β：有効載荷角度 ' 2 β ：載荷角度すべり範囲図-2 載荷板側の表面応力図-1 に示すような等変位方式の孔内水平載荷試験（以下，ボアホールジャッキ試験）は，地盤の変形係数を測（b）大谷石定する原位置試験であり，変形係数 D は，初期ボーリング孔径 d ，荷重増分Δp ，変位増分Δu として次式で与えられる1),2)． D= ∆p d ⋅ φ (ν , β ) ⋅ . 2 ∆u （1）ここに，φ (ν , β ) はポアソン比νと載荷角度βの関数値であり，具体的には数表として文献2)に示されている．この算定式は弾性理論から導出されるものであるが，境界条件として孔壁と載荷板が完全密着していることを前提としている．しかし，ボアホールジャッキ試験では孔壁及び載荷板が一定の曲率を有していることから，荷（c）花崗岩重載荷時に載荷板の端部にすべりを生じ，接線方向のせ写真-1 実験で用いた岩石試料全地連「技術フォーラム2012」新潟 4. 実験装置及び実験の方法 50 実験装置を図-3 に示す．載荷板と同じ材質の金属板 40 もりを載せ，側方からロードセルで岩石試料をゆっくり 30 と水平移動させた．荷重及び変位データは，ロードセル F (N) （縦100mm×横200mm×厚さ10mm）の上に岩石試料とお砂岩大谷石花崗岩 20 及びシャフト起動装置内の変位計からデータロガーに送 10 信して記録した． μ’は F と N を測定することにより求めることがで 0 きる．水平荷重を F ，動摩擦係数をμ’，垂直抗力を N 0 50 及び重力加速度を g とすると，これらには次式 F = µ' N g . 100 150 N (N) （2）図-5 水平荷重と垂直抗力の関係の関係がある．N は岩石試料 M とおもり m の合計質量 (M+m) である．m は①0.8kg,②1.6kg，③3.2kg，④6.4kg 表-1 実験結果の4種類を用意し，N を段階的に増加させることにした． μ’ β’(°) 最小値 0.278 15.5 最大値 0.313 17.4 平均値 0.293 16.3 最小値 0.301 16.7 最大値 0.328 18.2 平均値 0.311 17.3 最小値 0.182 10.3 最大値 0.252 14.1 平均値 0.232 13.0 岩種砂岩大谷石図-3 実験装置模式図花崗岩 5. 実験結果と考察 (1) 実験結果 F によって岩石試料とおもりが変位する際の時間経過その結果，平均値で砂岩16.3°，大谷石17.2°，花崗岩によるデータは図-4 となった（花崗岩の場合）．他の2 13.0°となった．これに対し，岩盤を対象とした国内ボ種の岩石についても同様にデータを収集し，式（2）の関アホールジャッキ試験の機種はβが13°程度である．つ係に基づき F と N の関係をプロットすると，図-5 となまり，β’は実際の試験機のβと同程度以上であり，載荷った．この図でプロットされた点を岩種毎に直線回帰さ板端部ですべりはほとんど生じないことになるから，完せ，その傾きを求めるとμ’となる（表-1 ）．その結果，全密着を前提とした弾性解析は有効であるといえる．砂岩で0.278～0.313，大谷石で0.301～0.328，花崗岩で 0.182～0.252 となる． 6. 結言これまでほとんど把握されていなかった岩石と金属製 (2)考察 μ’から β ' = tan µ ' の関係よりβ’ を求めると，表 −1 載荷板の動摩擦係数を数種類の岩種について求めた．その結果，岩石を対象とする国内のボアホールジャッキ試 -1 の右欄となる．験において，変形係数の算定式（1）は有効であることが 35 2.5 て，同様の検討を行っていくことが必要である．荷重 30 ④ ③ 1.5 20 ② 15 1.0 ① 10 0.5 変位量（ mm） 2.0 変位 25 荷重F （ N）確認された．今後はその他の岩石や軟質地盤を対象とし《参考文献》 1) 等変位孔内載荷試験における弾性厳密解を用いた岩盤変形係数の算定，川久保昌平・結城則行，土木学会論文集 No.666/Ⅲ-53，pp.45-53，2000.12. 2) ボアホールジャッキ試験による地盤変形係数算定の 5 厳密化への取り組み，川久保昌平，原田克之，川井康 0 00:00 00:30 01:00 01:30 0.0 02:00 時間（sec）図-4 荷重，変位データ（花崗岩）右，第46回地盤工学研究発表会講演論文集，2011.7. 3) KKT を用いた孔内載荷試験結果の算定方法の検討，全地連「技術フォーラム2011」京都講演概要集，【16】,2011.9.