定圧一面，単純せん断試験の供試体変形と強度特性の

第 34 回地盤工学研究発表会 , pp. 419∼420, 1999.7
定圧一面，単純せん断試験の供試体変形と強度特性の比較
大阪市立大学工学部正 ○大島昭彦高田直俊
同大学院学土橋徹
1)
まえがき砂質土の定圧一面せん断試験における供試体は，レンズ状のすべり面が生じて不均一な変形となる。この
せん断変形の不均一性が強度に与える影響を調べるためには，均一な変形が期待できる単純せん断試験と比較すること
2)
によって可能になる。これまでにも一面，単純せん断試験の比較を行ったが，両試験とも周面摩擦力の影響を考慮して
いなかった。ここでは供試体内部に色砂柱を設置して，周面摩擦力の影響を考慮した「真の定圧」条件下で一面せん断
試験と多段式単純せん断試験を行って，供試体変形と強度特性の関係を調べた結果を報告する。
反力ネジ
反力板
右ネジ
左ネジ
反力ローラ
実験方法図 −１に多段式単純せん断試験機のせん断箱周りの
概略を示した。供試体の直径 12cm，高さ 4cm，下面垂直力載荷・
上箱可動型で，上箱の反力板側でせん断面上の垂直応力を直接測定
できる。せん断箱は 8 段の剛なせん断箱要素からなり，各要素の両
側 2 ヶ所ずつに 45°の角度に取り付けた斜めガイドローラとガイド
斜材によって，せん断中に各せん断箱要素は水平に，かつ隣り合う
上荷重計
斜めガイド
ローラ要素間の相対水平変位は等しく保たれる。せん断箱のすぐ内側はせん断力
「七面せん断」となるが，巨視的には均一なせん断変形が与えられ
る。一面せん断試験は同じ試験機でせん断箱のみを取り替えて行っ
供試体
横ガイド板
下せん断箱
加圧板
ガイド斜材
た。なお，試験機の詳細は文献 2)を参照されたい。
一面せん断試験は，反力板側垂直応力σU（せん断面上の垂直応力
となる）が一定になるように加圧板側垂直応力σL を制御する真の定
圧条件で行った。単純せん断試験は，供試体側面全体に周面摩擦力
が生じるため，σU ，σL はそれぞれ上，下面の垂直応力となる。そこ
で，平均垂直応力σM（=(σU + σL )/2）が一定になるようにσL を制御す
反力板
ポーラス
ストーン
せん断箱要素
（8段）
垂直力
上ガイド
ローラ
加圧軸
図−１多段式単純せん断試験機のせん断箱周り
の概略
る定圧条件で行った。
試料は，三隅砂（島根県三隅町で採取した海砂，Dm ax = 0.425，D50 = 0.17mm，Fc = 5. 8%，ρdmax = 1.52，ρdmin = 1.28g/cm3）
を用いた。供試体は wopt = 19%の試料を締固め法により，圧密後の相対密度 Drc = 4 0，75%に作製した。ただし，供試体の
内部変形を見るために，供試体中央部に色砂柱を設置した（設置方法は文献 1)を参照されたい）。圧密応力σc は 0.5，1，
2kgf/cm2，上下せん断箱の隙間は一面で 0.5mm，単純で各要素間とも 0.2mm とした。
実験結果と考察写真 −１，２にそれぞれ代表例とし
て，一面，単純せん断試験の Drc = 75%，σc = 1kgf/cm2 にお
ける最終せん断変位δ =16mm 時の供試体中央部に設置し
た色砂柱の変形状態を示した。一面では，文献 1)で報告し
たようにすべり面が供試体の左右の端部から中心に向か
って上下にレンズ状に生じている。単純では，全体的には
単純せん断変形をしているものの，左上から右下方向に斜写真−１一面せん断供試体の変形状態
2
めのすべり面が生じている。各試験条件ともこのような写（Drc=75%, σc =1kgf/cm , δ =16mm）
真から外形，色砂柱の境界をトレースして供試体中央部の
変形状態を捉えた。
図−２に Drc = 75%における一面，単純せん断試験の応力
−変位関係を，図−３，４にそれぞれのせん断終了時の供
試体変形を比較した。いずれのσc でもダイレイタンシーは
正を示している。一面に比べて単純は，せん断応力τ の立
ち上がりが緩やかで，ピークを生じる変位が大きい。ま写真−１単純せん断供試体の変形状態
2
た，垂直変位∆ H の膨張量が大きい。しかし，ピーク強度（Drc=75%, σc =1kgf/cm , δ =16mm）
は大差ない。図−３，４の変形状態から，一面ではレンズ状のすべり面が生じているのに対して，単純では供試体全体
が変形している。ただし，左上から右下方向に斜めのすべり面が生じている。
Comparison of specimen deformation and strength characteristics between box and simple shear tests under constant pressure
condition : Akihiko Oshima, Naotoshi Takada and Tooru Tsuchihashi (Osaka City University)
2.0
σc = 2
τ–δ
1.5
τ (kgf/cm2 )
↓：ピーク位置
0.5
σc =0.5kgf/cm2 2
0
1
∆H – δ
0
白抜き：一面
黒塗り：単純
(1) σc=0.5kgf/cm2
(1) σc=0.5kgf/cm2
(2) σc=1kgf/cm2
(2) σc=1kgf/cm2
∆H (mm)
σc = 1
1.0
-1
16
(3) σc=2kgf/cm2
(3) σc=2kgf/cm2
図−２応力−変位関係の比較(Drc = 75%) 図−３一面の供試体変形(Drc = 75%) 図−４単純の供試体変形(Drc = 75%)
0
2.0
4
8
δ (mm)
白抜き：一面
黒塗り：単純
σ c= 2
τ (kgf/cm2)
1.5
1.0
12
↓：ピーク位置
τ–δ
σ c= 1
(1) σc=0.5kgf/cm2
(1) σc=0.5kgf/cm2
(2) σc=1kgf/cm2
(2) σc=1kgf/cm2
σ c=0.5kgf/cm2
0
1
∆H – δ
0
∆H (mm)
0.5
-1
16
(3) σc=2kgf/cm2
(3) σc=2kgf/cm2
図−５応力−変位関係の比較(Drc = 40%) 図−６一面の供試体変形(Drc = 40%) 図−７単純の供試体変形(Drc = 40%)
0
4
8
δ (mm)
12
2.0
図−５に Drc = 40%における一面，単
σ c= 2
純の応力−変位関係を，図−６，７に
ピ
はτ の立ち上がりが緩やかであるが，
ーク強度は大差ない。両試験ともピー
クはδ =12mm 以降で生じる。また，∆ H
は単純の方が膨張傾向が強い。変形状
態も Drc = 75%と同じ傾向である。
以上の傾向は，以下のように考察で
1.5
τ (kgf/cm2 )
それぞれのせん断終了時の供試体変形
を比較した。Drc = 75%と同様に，単純
c d φd
白抜き：一面 0.06 38.4°
黒塗り：単純 0.09 38.1°
σ c= 1
1.0
σ c=0.5kgf/cm2
0.5
一面 γ= δ /40/3
単純 γ= δ /40
0
c d φd
白抜き：一面 0
36.6°
黒塗り：単純 0.02 36.1°
0
10
σ c= 1
σ c=0.5kgf/cm2
一面 γ= δ /40/3
単純 γ= δ /40
20
30
40 0
10
20
γ (%)
γ (%)
レンズ状の変形領域の最大高さは供試 (1) Drc = 75% (2) Drc = 40%
きる。今回の結果から，一面における
σ c= 2
30
40
図−８応力−ひずみ関係の比較
体高さの 1/3 程度となっている。この
変形領域でせん断ひずみγ（=せん断変位δ ／供試体高さ）が定義できると仮定すると，同じγ となるδ は単純の 1/3 となる。
この観点で図−２，５の応力−変位関係を応力−ひずみ関係に書き直したものが図−８である。Drc = 75%， σc = 1kgf/cm2
の単純はやや強いが，それを除けば Drc = 7 5，40%ともに両者の応力−ひずみ関係，強度定数は比較的よく一致している。
まとめ以上から，一面せん断試験における供試体変形は不均一なものとなるが，定圧せん断強度は単純せん断試験
とほぼ一致する。今後，供試体高さあるいは直径を変えた実験を追加し，この結果の妥当性を確認したいと考えている。
参考文献 1) 大島, 他：定圧一面せん断試験における上下せん断箱の隙間と供試体変形，第 34 回地盤工学研究発表会 (投稿中)，1999.
2) 高田, 他：一面せん断試験と単純せん断試験の比較，直接型せん断試験の方法と適用に関するシンポジウム，pp. 173∼180，1995.

Download Report