三轴压缩试验

用于地质测量等领域的试验

三轴压缩试验是指有侧限压缩和剪力试验。使用的仪器为三轴剪力仪（亦称三轴压缩仪）。三轴剪力仪的核心部分是三轴压力室，并配备有轴压系统、侧压系统和孔隙水压力测读系统等。试验用的土样为圆柱形，其高度与直径之比为2〜2.5。试样用薄橡皮膜包裹，使土样的孔隙水与膜外液体（水）完全隔开。在给定的三轴压力室周围压力作用下，不断加大轴向附加压力，直至试样被剪破按莫尔强度理论计算剪破面上的法向应力与极限剪切应力。三轴剪切试验结果可以确定土壤的抗剪强度指标内摩擦角和黏结力。与直剪试验比较，三轴试样中的应力分布比较均匀，可供在复杂应力条件下研究土壤的抗剪强度特性。由于能准确测定土样孔隙水压力的变化，因此能定量获取土壤中有效应力的变化状况。但土样的制备工作比较烦琐，易受扰动。另外，常用的三轴剪切仪的实际中主应力等于小主应力，将其成果应用到平面变形或三向应力状态的研究中会有所不符。

原理

三轴试验采用圆柱形试样，可以对试样的空间三个坐标方向上施加压力。试验时先通过压力室内的有压液体，使试样在三个轴向受到相同的周围压力（其大小由压力计测定），并维持整个试验过程不变。然后通过活塞向试样施加垂直轴向压力，直到试样剪坏。

若由活塞杆所施加的试样破坏时的压力强度为（偏应力），小主应力是周围压力，中主应力和相等。则由一个试样所得的和，可以绘制一个极限应力圆。对同一种土，另取几个试样，改变围压，试样剪坏时所加的轴压力也会改变，从而又可绘制另几个极限应力圆。这样，在不同周围压力下试验，就可得到一组（最少三个试样）极限应力圆。作这些应力圆的公切线，便是土的抗剪强度包线，由此包线可求得抗剪强度指标和c。

方法

(1)不固结不排水剪（UU试验）。先向土样施加周围压力。随后立即施加竖向力P直至剪坏。在施加和P的过程中，自始至终关闭排水阀门，不允许土中水排出，这样从开始加压直至试样剪坏，全过程中含水量保持不变，从而实现了不固结不排水剪。这种试验方法所对应的实际工程条件相当于饱和软黏土上快速加荷时的应力状况。

该种试验，在试验过程中孔隙水压力不为零，只要打开孔隙压力阀，就可测定孔隙水压力。

(2)固结不排水剪（CU试验）。试验时先将土样施加周围压力，并打开排水阀门，使土样在作用下充分排水固结。在确认土样的固结已经完成后，关闭排水阀门。施加竖向力P，使土样在不能向外排水的条件下受剪切破坏。同样，该项试验在剪切过程中孔隙水压力不为零，也可测定。

(3)固结排水剪（CD试验）。在整个试验过程中，始终打开排水阀门，即在施加和竖向力P的全过程中，土样始终处于排水状态。

不同的试验方法，所测得的指标是有差别的，应根据工程的实际情况具体分析，以选择基本符合实际工程受荷情况的试验方法。

仪器设备

1)常用的三轴仪，按施加轴向压力方式的不同，分为应变控制式和应力控制式两种。

2)应变控制式三轴仪。包括压力室、试验机、施加周围压力和垂直压力系统、体积变化和孔隙压力量测系统等。

3)附属设备：击实简、饱和器、切土盘、切土器和切土架、分样器、承膜筒、天平、量表、橡皮膜等。

步骤

(1)切取土样：先用钢丝锯或切土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土架上，用钢丝锯或切土刀紧靠侧板，由上往下细心协削，边切削边转动圆盘，按规定的高度将两端削平、称量，并取余土测定试样的含水率。