標準侵入テスト

標準貫入試験（SPT ）は、土壌の土質工学的特性に関する情報を提供するために設計された、原位置での動的貫入試験です。この試験は、世界中で実施されている地下探査掘削試験の中で最も頻繁に使用されています。試験手順は、ISO 22476-3、ASTM D1586 ^[1]、およびオーストラリア規格AS 1289.6.3.1に記載されています。この試験では、識別用のサンプルが提供され、土質工学設計に使用できる貫入抵抗の尺度が提供されます。打撃数またはN値と土壌の工学的特性を関連付けるさまざまなローカルおよび広く公開されている国際的な相関関係が、土質工学目的で利用できます。

ボーリング孔は、断続的または連続的なサンプリングができるように段階的に前進させる必要があります。間隔は通常、均質な地層では 1.5 m (5 フィート) 以下です。地層が変わるたびにテストとサンプリングを行う必要があります。

ボーリングホールを所定の深さまで進め、余分な掘削片を除去した後、テストとサンプリングを実施できます。

このテストでは、外径 5.01 cm (2 インチ)、内径 3.5 cm (1.375 インチ)、長さ 60 cm (24 インチ) 以上の壁の厚いサンプリング チューブを使用します。サンプリング チューブは、質量 63.5 kg (140 ポンド) のハンマーを 75 cm (30 インチ) 落下させて、ボーリング ホールの底に打ち込まれます。サンプル チューブは合計 45 cm 地中に打ち込まれ、チューブが 45 cm (18 インチ) の深さまで 15 cm (6 インチ) 間隔ごとに貫通するのに必要な打撃回数が記録されます。2 回目と 3 回目の 15 cm (6 インチ) 間隔の貫通に必要な打撃回数の合計は、「標準貫通抵抗」または「N 値」と呼ばれます。N 値は地盤の密度の指標となり、多くの経験的な土質工学の公式で使用されます。

次のいずれかの条件が満たされた場合、テストを停止することができます: (1) 15cm (6インチ) 間隔のいずれかで合計50回の打撃が適用された、(2) 合計45cm (18インチ) の深さにわたって合計100回の打撃が適用された、または (3) 10回の連続した打撃中にサンプリングチューブの前進が観察されない。

この試験の大きな利点は、シンプルで安価であり、広く使用されていることです。SPT 結果から推定できる土壌強度パラメータは近似値ですが、より高度な実験室試験が実用的または不可能な地盤条件では、役立つガイドとなる可能性があります。

この試験のもう 1 つの利点は、水分含有量の測定、識別、分類の目的で、撹乱された土壌サンプルを収集できることです。サンプルの品質は、土壌の撹乱によって工学特性が変化するため、一般に工学特性の実験室試験には適していませんが、薄壁チューブ サンプラーを使用すると、軟らかい土壌の撹乱が少なくなる可能性があります。

地下水位以下の粒状土で試験を実施すると、土が緩むことがあります。状況によっては、指定された距離を超えてサンプラーを突き進め、必要に応じてさらに掘削ロッドを追加すると効果的です。これは標準的な貫入試験ではなく、そのように見なすべきではありませんが、少なくとも堆積物が標準的な試験で示されるほど緩んでいるかどうかの指標となる可能性があります。

SPT は、Harry Seed、 T. Leslie Youdらの研究に基づいて、砂層の土壌液状化感受性を経験的に判定するためにも使用できます。この目的で使用する場合、N 値は標準の表土応力レベルに正規化する必要があります。

多くの欠点があるにもかかわらず、SPT の結果を土質工学設計に関連する土壌特性と相関させることは、通常の方法です。SPT の結果は現場での測定であり、利用できる唯一のテスト結果であることがよくあります。そのため、相関の使用は多くの国で一般的な方法になっています。

粗粒材料のSPT N値、相対密度、およびかさ密度のおおよその関係は、以下の表に示されています。これは、TerzaghiとPeck（1948年）とTeng（1962年）に基づいて開発された、米国陸軍工兵隊のシートパイル設計に関するエンジニアリングマニュアル出版物に引用されています。^[2]

標準貫入試験では、非常に乱れたサンプルが採取されますが、これは通常、密度、強度、圧密特性などの現場の土壌構造の特性を測定する試験には適していません。この制限を克服するために、この試験は、わずかに異なる先端形状を持つより大きなサンプラーを使用して実行されることが多く、サンプルの乱れが最小限に抑えられ、軟弱な土壌を除くすべての土壌に対して構造特性の試験が意味を持ちます。ただし、これにより、打撃回数が SPT N 値に簡単に変換されません。多くの変換が提案されていますが、その一部はサンプルを採取した土壌の種類に依存しているため、非標準サンプラーによる打撃回数に依存することは問題があります。

標準貫入試験の打撃数は土壌の単純な物理的特性を表すものではないため、強度や密度などの関心のある土壌特性と相関させる必要があります。相関関係は複数存在しますが、どれも非常に質の高いものではありません。^[3]液状化の可能性を直接予測するために SPT データを使用すると、相関関係が粗くなり、また、表土圧力、サンプリング技術、その他の要因を考慮して SPT データを「正規化」する必要があるという問題があります。^[4]さらに、この方法では、いくつかの理由から、弱い土壌層の正確なデータを収集できません。

1. 結果は特定の運転間隔の整数に制限されていますが、打撃数が非常に少ないため、結果の粒度が細かく、結果がゼロになる可能性があり、データの処理が面倒になります。^[5]
2. 緩い砂や非常に柔らかい粘土の場合、サンプラーの打ち込みにより、緩い砂の土壌液状化などにより土壌が大きく乱され、健全な土壌特性ではなく乱れた土壌特性に基づいた結果が得られます。

標準的な貫入試験の欠陥を補うために、コーン貫入試験、原位置ベーンせん断試験、せん断波速度測定 など、さまざまな技術が提案されています。

• コーン貫入試験
• 地質調査
• 土質力学

• ASTM D1586/D1586M–18。2018。土壌の標準貫入試験（SPT）およびスプリットバレルサンプリングの標準試験方法。ASTM International、ウェストコンショコッケン、ペンシルバニア州。
• Braatvedt, I. (2008) 『南アフリカにおける実践的な土質工学のガイド』第 4 版。ケープタウン: VIVO Design Associates。
• Holtz, RD & Kovacs, WD (1981) 『土質工学入門』ニュージャージー州: Prentice-Hall。
• Knappet, JA & Craig, RF (2012) Craig's Soil Mechanics. 第 8 版。アビンドン: Spon Press。
• ミズーリ大学ローラ校の SPT に関する授業ノート。