三軸テストを行う方法は？

三軸試験は、制御されたストレス条件下での土壌のせん断強度と変形挙動を評価するために使用される地盤工学の基本的な実験方法です。この記事では、三軸テストの目的、必須の機器とセットアップ、さまざまな種類の三軸テスト、およびテスト結果を効果的に分析および適用する方法について説明します。

三軸テストの目的を理解する

三軸テストでは、現場のストレス条件をシミュレートして、さまざまな負荷にさらされたときの土壌の動作を判断します。主な目的は次のとおりです。

• せん断強度パラメーターを決定¹ ：排出されていないせん断強度（sᵤ）、凝集（c）、内部摩擦角（φ）など。
• ストレスとひずみの関係を確立する² ：土壌の剛性と変形特性に関するデータを提供します。
• 孔圧力応答を測定³ ：負荷中の細孔水圧の変化を記録します。これは、効果的なストレスを評価するために重要です。

これらのパラメーターは、安全な基礎設計、勾配安定性分析、およびその他の地盤工学アプリケーションに不可欠です。

主要な機器とセットアップ要件

適切に実施された三軸試験は、十分に調整された装置に依存しています。重要なコンポーネントは次のとおりです。

追加のセットアップ要件は次のとおりです。

• 標本の準備⁴ ：円筒状の土壌サンプル（多くの場合、高さと直径の比率）は、邪魔されずまたは再折りたたえられ、均一性を確保する必要があります。
• シーリング膜⁵ ：柔軟な膜を使用して、サンプルを包み込み、液体の漏れを防ぎます。
• キャリブレーション：正確な測定を保証するために、すべてのセンサーとロードデバイスを校正する必要があります。

さまざまな種類の三軸テストが説明されています

三軸テストは、特定の土壌条件に適したいくつかのタイプに分類できます。

1. 未固結の非排水（UU）テスト⁶

   • 説明：土壌サンプルは、閉じ込め圧力下で統合せずにすぐにテストされます。
   • 使用状況：予備のサイト評価に最適な、排出されていないせん断強度の迅速な評価。

2. 統合された非排水（CU）テスト⁷

   • 説明：土壌は、最初に与えられた排水と許可された排水と排水なしで刈り取り、最初に統合されます。
   • 使用法：せん断強度と細孔圧力応答の両方の詳細な測定値を提供し、効果的なストレス分析を可能にします。

3. 統合された排出（CD）テスト⁸

   • 説明：標本は統合され、全体に排水が許可されてゆっくりとせん断されます。
   • 使用法：透過性が高い土壌に適しています。完全に排水された条件下で有効な応力パラメーターを生成します。

各テストタイプは、急速な非排水反応から長期的な統合効果まで、土壌の挙動に関する異なる洞察を生成します。

テスト結果の分析と適用

三軸テストを実施した後、収集されたデータを分析して、主要な土壌パラメーターを抽出します。

• 応力 - ひずみ曲線：軸方向ひずみに対する偏差応力（σ₁–σ₃）をプロットすることは、土壌の剛性、ピーク強度、およびピーク後の挙動を示しています。

• 孔圧力応答：荷重中の細孔圧の変化を監視することで、有効な応力の計算に役立ちます。

• 故障基準：最大偏差応力のポイントは、通常、土壌の非排水せん断強度を定義するために使用されます。

  [s_u = \ frac {\ sigma_1 - \ sigma_3} {2}]

• Mohr-Coulombパラメーター：さまざまな閉じ込め圧の下で標本をテストすることにより、凝集（C）と摩擦角（φ）を決定するために故障エンベロープを構築できます。

表：CUテストからのデータ解釈の例

これらの分析では、土壌の挙動が予想されるフィールド条件下で正確にモデル化されることを保証することにより、基礎、斜面、および地球保持構造の設計を導きます。

結論

三軸試験の実施には、土壌標本を慎重に準備し、正確に較正された装置を使用し、土壌条件に基づいて適切な試験方法（UU、CU、またはCD）を選択することが含まれます。結果として生じる応力 - 伸縮および細孔圧データを分析すると、土壌のせん断強度と変形挙動に関する本質的な洞察が得られます。この情報は、安全で効率的な地盤工学構造を設計するために不可欠であり、三軸テストを最新の地盤工学に不可欠なツールにします。