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【土質調査】土質試験


目次[非表示]

  1. 1.土粒子の密度試験
  2. 2.粒度試験
  3. 3.液性限界・塑性限界試験
  4. 4.突固めによる土の締固め試験
  5. 5.CBR試験
  6. 6.圧密試験
  7. 7.三軸圧縮試験
  8. 8.土の繰返し非排水三軸試験
  9. 9.岩石の一軸圧縮試験
  10. 10.岩石の弾性波速度(旧称:パルス透過法による岩石の超音波速度)
  11. 11.岩石の点載荷試験
  12. 12.砂防ソイルセメント配合試験
  13. 13.骨材試験
    1. 13.1.JIS A 1145に基づくアルカリシリカ反応性試験

土粒子の密度試験

 試験概要

土の個体部分を構成する無機物および有機物の単立体積当りの質量を求める試験です。この質量は、土の基本的性質である間隙比や飽和度を求める場合や、粒度試験における沈降分析にて必要となる値です。土粒子の密度は次のような土質試験の整理にも用いられます。
a)粒度試験の沈降分析における粒径の算出
b)締固め試験のゼロ空気間隙曲線などの作図
c)圧密試験の供試体の実質高さの算定

土粒子質量は炉乾燥して求め、その体積はピクノメーターを用いて同体積の水の質量を測定することで求めます。

参考値(土質試験)


土質名
豊浦砂

沖積砂質土

沖積粘性土

洪積砂質土

洪積粘性土

泥炭

(ピート)

関東ローム

まさ土

しらす

黒ボク

密度ρs
(Mg/m3)

2.64

2.6~2.8

2.50~2.75

2.6~2.8

2.50~2.75

1.4~2.3

2.7~3.0

2.6~2.8

1.8~2.4

2.3~2.6

粒度試験

試験概要

粒度試験は、粒度分布を調べる試験です。 試験結果は地盤材料の工学的分類・土の締固め特性・透水性・液状化強度などの力学的性質の推定・建設材料としての適正の判定等に使用されます。

粒径が75mm未満の土を対象とします。ふるい分析で粒径0.075mmまでの粗粒分の粒径加積曲線を描けるが0.075mm以下の細粒分(シルト・粘土)の粒径加積曲線を求める為には沈降分析が必要となります。 粒径が75mm以上ある場合はJGS 0132 石分を含む粒度試験となります。

参考値(土質試験)
粒度による土の一般的な特徴が下のグラフから分かります。

①細粒度が多い土 
②粒径が狭い範囲に集中している(分球された)締固め特性の悪い土
③粒径が広い範囲にわたって分布する(粒径幅の広い)締固め特性の良い土

液性限界・塑性限界試験

試験概要

土が液体の状態に移る時の含水比( 液性限界(WL)) 及び、土が塑性状態から半固体状に移るときの含水比( 塑性限界(Wp)) を求める試験です。塑性指数(IP)から、土の物理的性質を推定することや、塑性図を用いた土の分類などに利用されます。又、圧密沈下量の計算に用いられる圧縮指数Ccと液性限界WLとの関係を Cc=0.009(WL-10)という関係式があります。

この試験の結果が最も利用されているのは細粒分の分類です。シルトと粘土を塑性図上で分類するほか、有機質土と火山灰質粘性土を液性限界によって分類します。 これは液性限界が大きくなるほど土の圧縮性が増加し、塑性指数が大きくなるほど粘性が増加する性質を利用したものです。 物理試験の土質定数との相関を把握する以外にも、液性限界から、圧縮指数や圧密係数の推定に用いられるなど、幅広く使用されます。

黄銅皿の溝が約1.5cm合流するまで黄銅皿を落下させその時の回数を記録し流動曲線を描く。落下回数25回に相当する含水比を液性限界と呼びます。

団子状の試料を手の平で丸め楕円形のひも状にし、3mmのひもにします。3mmのひもが切れギレの状態を塑性限界と呼びます。


参考値(土質試験)

土の種類
液性限界Wl(%)
塑性限界Wp(%)
粘土(沖積層)
50~130
30~60
シルト(沖積層)
30~80
20~50
粘土(洪積層)
35~90
20~50
関東ローム
80~150
40~80

突固めによる土の締固め試験

試験概要

土は、適切な条件のもとに締固めを与えることによって、安定性・強度特性を改良することが圧密試験でできます。 すなわち、単位体積重量の最も大である時点の含水量を求め、最大乾燥密度と最適含水比との関係を知ることによって現場工事における最も能率的な施工条件を決定することができます。

モールドという容器の中に試料を入れ、この上にランマーと呼ばれる錘りを規定の高さから繰り返し自由落下させて締固めを行ないます。この際、試料土の含水比を少なくとも6~8段階変化させて、締固め土の乾燥密度と含水比の関係をグラフ化し締め固め曲線を作図します。

参考値(土質試験)

最適含水比と最大乾燥密度は土質により大きく異なり例としてA法締固めをした場合、
粒径幅の広い砂質系の土:最適含水比Wopt=8~20%、最大乾燥密度ρdmax=1.7~2.1g/cm3、
細粒分を多く含む粘性土:最適含水比Wopt=30~70%、最大乾燥密度ρdmax=1.1~1.3g/cm3
程度となります。

CBR試験

試験概要

設計CBRは、路床土の支持力比を求めます。試験結果は路床の評価及び舗装構成の根拠となります。 修正CBRは、路盤材および粒状材料(一部発生土埋戻し材)の品質を判断します。仕様書により品質の値が規定されてます。

試験手順

試験

用具の準備➡
試料の準備➡
供試体の作製➡
吸水膨張試験➡
貫入試験➡
データ整理➡
CBR値の決定
設計CBR
自然含水比状態
3層に分け各層67回突固め
水浸した供試体の膨張量を1、2、4、8、24、72、96時間ごと測定

貫入ピストンを1㎜/分の速さで供試体に貫入

CBRを算出するための荷重強さ一貫入量曲線の作成

CBR2.5とCBR5.0の各値を比較しCBR値の大きさを決定

修正CBR
締固め試験E法で求めた最適含水比の状態
3層に分け17、42、92回突固め

参考値(土質試験)

材料
砕石
粒度調整鉄鋼スラグ
クラッシャラン鉄鋼スラグ
砂利
切込砂利
修正CBR(%)
70以上
80以上
30以上
20~60
8~40

圧密試験

試験概要

圧密試験は、実地盤から採取した乱さない試料を用いて、実地盤の沈下量や沈下時間の推定に必要な圧縮性と圧密速度などの圧密定数および圧密降伏応力を求めることを目的としている。

土の圧密とは、荷重によって土の間隙中の水や空気が抜け、間隙の体積が減少して圧縮する現象をいい、圧密試験は地盤工学上において構造物・地盤などの沈下量および沈下に要する時間を算出する定数を求める方法として非常に重要です。粗粒土では透水性が高く、圧縮性が低いため、圧密は短時間で終了し、圧密量は小さいので、あまり問題となりません。しかし、飽和粘性土では透水性が低く、圧縮性が高いため、長時間かかって大きな圧密量が生じます。

仕様書・参考文献

試験方法:JGS 0411  地盤材料試験の方法と解説(発行:公益社団法人 地盤工学会)

使用する道具

  • 圧密試験機(圧密容器(圧密リング、ガイドリング、加圧板、底板、多孔板)水浸容器、
  • 載荷装置、変位計)
  • 供試体作製用具(トリマー、カッターリング、供試体押込み円板、ワイヤーソー、直ナイフ、ナイフ、
  • その他(はかり、ノギス、含水比測定用具、時計、最高最低温度計、シリコンオイル又はシリコングリース)
  • 土質解析ソフト WinDST(日本システム管理株式会社)

三軸圧縮試験

試験概要

三軸圧縮試験(静的)円柱供試体をいくつかの側面から液圧(セル圧)をかけた状態で、軸方向に圧縮し、破壊させ、セル圧と最大圧縮強さの関係から強度定数を求めます。 盛土や斜面などの安定解析および地盤の支持力の推定などに広く利用されます。

土の室内せん断試験は、直接せん断試験(一面せん断試験等)と、間接せん断試験(一軸圧縮試験、三軸圧縮試験等)に分類されます。また、土のせん断強さ(破壊時において破壊面上に作用するせん断応力)τfは、垂直応力σに比例し、その関係はクーロンの式

τf=c+tanφ で表わすことができます。(c:粘着力 φ:せん断抵抗角)
c、φは強度定数として、斜面安定、土圧、支持力などの計算に用いられます。

三軸圧縮試験では、直接せん断強さを求めることは出来ず、直接求められるのは拘束圧に応じた圧縮強さ(σa-σr)maxであり、いくつかの拘束圧のもとでせん断強さを求めることができれば、その結果を連ねることによりクーロンの破壊基準を適用することができます。

試験方法:JGS 0520~0524・0530他  
地盤材料試験の方法と解説(発行:公益社団法人 地盤工学会)

三軸圧縮試験の種類

土のせん断強さは、せん断に先だって圧密を行うか、さらにはせん断中に排水を許すかどうかによって大きく異なり、圧密時とせん断時の排水条件および間隙水圧の測定の有無を組み合わせて4種類の試験を規定している。

試験種類

適用土質

現場条件

UU

非圧密非排水

飽和粘性土

(飽和土の高い土)

粘土地盤の短期安定問題

・盛土の急速施工(施工中・直後)におけるせん断特性

・基礎地盤のせん断特性

CU

圧密非排水

飽和粘性土
(飽和した粗粒土)

粘土地盤の圧密後の短期安定問題

原地盤の長期安定

・基礎地盤のせん断特性

CUber

圧密非排水

間隙水圧測定

飽和粘性土

(飽和した粗粒土)

CUに同じ

・重要度の高い盛土材料のせん断特性

・切土のり面のせん断特性

CD

圧密排水

飽和した土,砂質土

(φmax20程度を超える、飽和してない粗粒土)

砂質土地盤の安定問題

粘土地盤の長期安定問題

・盛土材料のせん断特性


試験方法
モールド径
骨材径
必要試料量の目安
三軸圧縮試験
φ50㎜
10㎜まで

中型三軸圧縮試験
φ150㎜
50㎜まで
80kg
大型三軸圧縮試験
φ300㎜
15㎜まで
300kg

土の繰返し非排水三軸試験

試験概要

土の繰返し非排水三軸試験は、地震、波浪などによる繰返し応力を非排水条件のもとで受ける飽和土の強度特性(液状化特性)を求めることを目的としています。
対象土質:飽和砂質土 (砂質土とは、砂分からなる土です。)
※基本的に液状化の対象となっている砂質土を対象土質としていますが、他土質においても試験実施は可能です。
試験の供試体寸法:直径50mm・高さ100mm 試験値の活用方法: 本試験より得られる値は、液状化応力比RL(繰返し回数20回時の応力振幅比)で、液状化判定(FL法)に用いることができます。

本試験は地震で揺れた地盤がどの程度液状化しやすいかの指標を得ることが出来ます。特徴は、試験としては供試体作製~飽和~圧密過程までは通常の三軸圧縮試験と概ね共通しているが、載荷過程において圧縮荷重と伸張荷重を交互に連続して載荷するところです。

試験では一定の大きさで繰り返し荷重を載荷するが、一定の大きさであっても供試体内部の過剰間隙水圧は上昇を続け、土粒子の噛み合わせが外れることで液状化が発生する。

試験は繰返し荷重を変化させて4回行い、軸ひずみが5%(当社では10%まで)となるまで試験を行う。繰返し載荷回数が20回となるときの繰返し応力振幅比をグラフから読み取り、それを「液状化強度比RL20」として求める。

岩石の一軸圧縮試験

試験概要

岩石の一軸圧縮試験は、岩石の最も基本的な力学特性である一軸圧縮強さを求める簡便な試験であるとともに、実施頻度が高く試験結果は多方面に利用されています。

一方、一軸圧縮強さは、供試体の寸法・形状・含水状態・載荷速度などの影響を受けることから、試験を可能な限り統一的な方法で行うことが望まれています。岩石が拘束圧を受けない状態で軸圧縮されるときの強度・変形特性を求める試験で、当社では単純にひずみを考慮せず強度のみ求める場合を「圧縮強度試験」といい、縦ひずみのみを計測する場合を「一軸圧縮試験(静弾性係数)」、縦ひずみ・横ひずみを計測する場合を「一軸圧縮試験(静弾性係数・ポアソン比)」と分けています。

なお試験の際に、縦歪を測定せずに荷重のみを測定する場合には、岩石の圧縮強さ試験 JIS M 0302 拘束圧を受けない状態で長軸方向に圧縮されるときの岩石の強度を求めます。歪を測定しないので、試験結果は強度のみとなり静弾性係数はでません。 岩石の一軸圧縮試験(変形係数・ポアソン比)JGS 2521 拘束圧を受けない状態で長軸方向に圧縮されるときの岩石の強度と共にひずみを測定することにより、動ポアソン比・動せん断弾性係数・動弾性係数が求められています。

仕様書・参考文献

試験方法:JGS 2521  地盤材料試験の方法と解説(発行:公益社団法人 地盤工学会)

使用する道具

  • 一軸圧縮試験機(圧縮装置、荷重計、変位計)
  • 供試体寸法測定器
  • はかり
  • 土質解析ソフト WinDST(日本システム管理株式会社)

☆岩石の一軸圧縮強さ

☆岩区分参考表 (応用地質学会編集 岩の分類より)

岩分類

地山弾性波速度

V1(km/sec)

岩石の一軸圧縮強度

Sc(kgf/cm2)

A・B両群に入る

代表的な岩種類

硬岩Ⅱ
A
4.2以上
1,600以上

A 群

片麻岩、砂質片岩、緑色片岩、

珪岩、角岩、石灰岩、砂岩、

輝緑凝灰岩、礫岩、花崗岩、

閃緑岩、斑れい岩、橄欖岩、

蛇紋岩、流紋岩、ひん岩、

安山岩、玄武岩

硬岩Ⅰ
A
2.9~4.2
1,300~1,600
B
4.1以上
800以上

中硬岩
A
1.9~2.9
1,000~1,300
B
2.8~4.1
500~ 800

軟岩Ⅱ
A
1.2~1.9
700~1,000
B 群

黒色片岩、緑色片岩、千枚岩、

粘板岩、輝緑凝灰岩、頁岩、

泥岩、凝灰岩、集塊岩
B
1.8~2.8
200~ 500
軟岩Ⅰ
A
0.7~1.2
300~ 700
B
1.0~1.8
50~ 200

備考

1.硬岩Ⅱは特殊な場合のみで通常は軟岩Ⅰ、軟岩Ⅱ、中硬岩、硬岩Ⅰに四区分とする。
2.地山の弾性波速度は切取りの原地形の状態から測定したもので、掘削面で判定した場合は爆破の影響、切取りに伴うサーチャージの除去、緩みの程度により補正する。

岩石の弾性波速度
(旧称:パルス透過法による岩石の超音波速度)

試験概要

岩石における超音波伝播速度を測定する試験です。 岩石の超音波速度は、岩石の特性を表わすインデックスとして使用されるものであり、直接的には岩石の動的特性の一つとして硬軟の度合いを示します。超音波には、P波・S波の2種類があります。 また、動ポアソン比・動せん断弾性係数・動弾性係数等が求められています。 超音波伝播速度は供試体の飽和度により異なります。そのため、自然状態での試験が一般的ですが、強制湿潤・強制乾燥状態での試験を行うことがあります。

これを利用する分野は土木・岩盤・地質・防災・地震・建築・資源などがあり、広範囲にわたっています。超音波速度は、コンクリートでも測定が行われており、その主たる目的はコアの品質評価です。

これに対し、岩石の超音波速度が多く利用されている土木・岩盤・地質・地震・建築においては、コアの品質評価および岩盤の良好度や物性のばらつきに関する評価のひとつの指標として利用され、さらに原位置調査の結果と合わせて地震応答解析に使用する岩盤の剛性や基礎の沈下量評価に使用する岩盤の剛性などの評価に資する基礎資料を提供しています。

これら解析的評価において岩石の超音波速度を利用する際にはその拘束圧依存性や分布などをも考慮する必要があります。

仕様書・参考文献

試験方法:JGS 2564  地盤材料試験の方法と解説(発行:公益社団法人 地盤工学会)

使用する道具

超音波速度測定装置(パルス発生器、発受振子、測定装置)

計算

P波速度Vp及びS波速度Vsは次式で算出します。

 Vp=103 (L/Tp)  (m/s)
 Vs=103 (L/Ts)  (m/s)
 L:供試体の長さ(mm)
 Tp:P波の透過時間(µs)
 Ts:S波の透過時間(µs)

これより、動ポアソン比、動せん断弾性係数及び動弾性係数を次式で算出します。

Gd=ρ・Vs2・10-3(MN/m2)
υd={(Vp/Vs)2 −2}/{2〔(Vp/Vs)2−1〕}
Ed=2(1+υd)Gd(MN/m2)
 υd:動ポアソン比
 Gd:動せん断弾性係数(N/m2)
 Ed:動弾性係数(N/m2)
 Vp:P 波速度(m/sec)
 Vs:S 波速度(m/sec)
 ρ:岩盤の密度(Mg/m3)

P波測定時は振動子に粘性のある接着剤を使用し密着させます。(S波に比べP波は圧着だけでは超音波の受信した初動の立ち上がりが読み取りにくい)グリース、親水性クリーム、ワセリン、グリセリンなどの粘性のある材料を接着剤として使用します。S波測定の場合は接着剤を用いず圧着だけによることがほとんどです。P波S波ともに密着させるときの圧力は100kN/m2を超えないようにします。

岩石の点載荷試験

試験概要

岩石の一点載荷試験は岩石の引張り強さや一軸圧縮強さの推定、分類の指標として有効なことから重要な岩盤構造物、特にトンネルの設計・施行あるいは安定性評価において簡便な試験の一つとして行われる試験です。しかしながら、一軸圧縮試験や圧裂試験等の試験結果が岩石の含水量、寸法効果、形状効果、載荷速度、試験片の仕上げ精度そして層理面に対する載荷方向等の試験要因によって影響を受けるように、点載荷試験についても同様なことが言えます。

仕様書・参考文献

試験方法:JGS 3421  地盤調査の方法と解説(発行:公益社団法人 地盤工学会)

使用する道具

  • 載荷部(載荷装置(載荷フレーム・油圧ジャッキ)・載荷コーン)
  • 荷重測定測定装置

計算式

Is=P/De²
De: 等価コア径(mm)
De=D: 供試体が円柱(横)の場合
De2=4WD/π:供試体が円柱(横)の以外場合

Is(50)=F・Is
F=(De / 50)0.45
Is(50):補正点載荷強さ(MN/m2)
F:寸法補正係数

これより換算一軸圧縮強さを次式で算出します。
qu=25・Is(50)

砂防ソイルセメント配合試験

試験概要

搬出土砂の減少・安全性の向上・コスト削減・循環型社会への寄与

砂防ソイルセメントとは、砂防工事で発生する現地発生土砂・セメント・水を現地で練混ぜて締固める工法です。グリーン技術の一つである砂防ソイルセメントは以下の配合設計・品質管理をお手伝いします。

配合設計:現地発生土砂の物性値試験 、圧縮強度試験、VC試験
環境分析:練混ぜ水の分析、アルカリシリカ反応性試験、六価クロム溶出試験
品質管理:含水比管理、練混ぜ度管理、強度管理、密度管理(RI計器) など

仕様書・参考文献

・砂防ソイルセメント工法を活用した砂防堰堤等の設計段階における調査方法(案)平成25年8月 長野県建設部砂防課
・砂防ソイルセメント活用ガイドライン  砂防ソイルセメント活用研究会編
・砂防ソイルセメント設計・施工便覧  平成23年(財)砂防・地すべり技術センター
・砂防ソイルセメント施工便覧  平成28年度(財)砂防・地すべり技術センター
・SBウォール工法 配合試験マニュアル  平成25年7月版 SBウォール工法研究会・・http://www.sbwall.org/
・JSウォール工法設計・施工マニュアル  平成26年12月版 JSウォール工法研究会
・BSBブロック砂防えん提工法(INSEM材使用)  (財)砂防・地すべり技術センター
・INSEM-ダブルウォール(DW)工法 設計・施工マニュアル  令和2年4月 株式会社 共生
・現位置攪拌混合固化工法 設計・施工マニュアル 
・平成19年3月(財)先端建設技術センターISM工法研究会
・流動ソイルセメントの特性とその活用方法についての一考察 平成28年度 砂防学会研究発表概要集
​​​​​​​・流動タイプの配合試験に関する一考察  平成29年度 砂防学会研究発表概要集

骨材試験

JIS A 1145に基づくアルカリシリカ反応性試験

試験概要

アルカリシリカ反応性試験は、使用する骨材でコンクリートを施工した場合にアルカリ骨材反応と呼ぶ現象によってコンクリートに異常を起こすかどうかを調べる試験です。アルカリシリカ反応とは、コンクリート中のナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属イオンと骨材(砂利や砂) 中の反応性シリカとの反応のことで、コンクリートにおける劣化現象の 1 つです。 この反応が起こると、骨材の表面に生成されたアルカリシリケートゲルが周囲の水を吸収して膨張します。この膨 張圧やセメントペーストの圧力変化により、コンクリートのひび割れや変形を引き起こします。

仕様書・参考文献

国土交通省では使用する骨材について工事開始前、工事中1回/6ヶ月かつ産地が変った場合に試験が必要とされています。
・アルカリ骨材反応抑制対策について(建設省技調発第370号 平成元年7月17日付け)
・コンクリート中の塩化物総量規制及びアルカリ骨材反応暫定対策について(港技第129号、港災第1196号 昭和61年10月8日付け)
・コンクリート中の塩化物総量規制及びアルカリ骨材反応暫定対策について(空建第92号 昭和61年7月14日付け)​​​​​​​