三軸テスト101：理論から実践への包括的なガイド

あなたが地質工学エンジニアであろうと、フィールドに入る学生であろうと、または単に土壌の力学に興味を持っているかどうかにかかわらず、三軸テストをが不可欠です。、シミュレートされた地下条件下での土壌強度、ストレス - ひずみの挙動、および変形を評価するために最も広く使用されている実験方法の1つですこのガイドでは、理論から実践的な実行まで、すべてのガイドを説明します。専門家ではありません。

基本を理解する：三軸テストとは何ですか？

三軸試験は、土壌のせん断強度¹と変形特性^2を決定するために使用される土壌メカニクス実験方法ですそれは、土壌が構造、斜面、または堤防の下で経験するという現実世界のストレス条件をシミュレートします。

重要な概念：

• 軸応力（σ₁）：土壌サンプルに適用される垂直応力。
• 閉じ込め応力（σ₃）：すべての側面に等しく適用される圧力（放射状応力）。
• 孔水圧（U）：飽和土壌に特に関連する土壌のボイドの内圧。

ラテックス膜に囲まれた円筒状の土壌サンプルは、三軸チャンバー内に配置されます。圧力は制御された段階で適用され、土壌がどのように故障または変形するか。

典型的なテストサンプル寸法：

効果的なストレス、凝集、摩擦角に関する洞察を提供します。これらはすべて、安全な地盤工学デザインに重要です。

三軸テストの種類：UU、Cu、およびCDが説明しました

排水条件³とサンプルが統合されているかどうかに応じて

1. UU（未固結の非排水）テスト

• セットアップやせん断中に排水はありません。
• 高速でシンプル。
• 合計応力のみを測定します。
• 短期荷重の柔らかい粘土に適しています。

2. Cu（統合されていない非排水）テスト

• 土壌は閉じ込め圧力の下で統合されますが、せん断中に排水することはできません。
• 細孔圧が測定されました⁴.
• 効果的なストレス分析に役立ちます。

3. CD（統合された排水）テスト

• 両方の段階での完全統合と排水。
• 長期的なに使用されます。
• 時間がかかりますが、完全な効果的なストレスパスを提供します。

、土壌の種類とエンジニアリングシナリオに応じて異なる洞察を提供します。

セットアップから実行まで：ステップバイステップテスト手順

三軸テストを実行するには、細部とキャリブレーションに注意が必要です。これが研究所で使用される一般的なワークフローです。

段階的な手順：

1. サンプル準備

   • 円筒形のサンプルを標準寸法にトリムします。
   • ラテックス膜に入れ、多孔質石の間に配置します。

2. 三軸細胞への取り付け

   • チャンバー内のサンプルを密封します。
   • 排水ライン（CU/CDテスト用）とセンサーを接続します。

3. 統合段階（CU/CDのみ）

   • 閉じ込め圧（σ₃）を適用します。
   • サンプルが時間の経過とともに統合されるようにします。

4. せん断段階

   • 制御された速度で軸応力（σ₁）を増加させます。
   • 記録的なひずみ、負荷、および細孔圧（該当する場合）。

5. 障害点

   • ピーク偏差ストレスまたは臨界ひずみを特定します。
   • テスト設計に応じて続行または停止します。

使用される重要な楽器：

• ロードフレーム（軸荷重）
• 三軸細胞（閉じ込め圧力）
• 圧力トランスデューサー（孔圧力）
• LVDTS（変位センサー）
• データ収集システム

結果の解釈：ストレスパス、障害封筒、およびデータの洞察

テストが完了すると、データは、さまざまな荷重経路の下で土壌がどのように動作するかを明らかにします。目標は、その強度パラメーター⁵ 、排水挙動⁶ 、および障害メカニズムを^理解。

重要な結果：

• 偏差応力（σ₁ - σ₃）：最大強度を決定します。
• 孔圧（U）：有効な応力を計算するために使用されます。
• 軸ひずみ（％）：サンプルがどれだけ変形したかを測定します。

出力グラフ：

• 応力 - ひずみ曲線：剛性とピーク強度を示します。
• 孔圧とひずみ：排水反応を示します。
• Mohr's Circle＆Failion Envelope ：凝集（C）と摩擦角（φ）。

出力テーブルの例

、基礎、斜面、堤防、地球保持構造の設計方程式で使用されます。

結論

三軸テストは、現代の地盤分析の基礎です。基本理論から実践的な実行まで、実際の条件下での土壌の強さと行動に関する重要な洞察基礎のモデル化、ダムの設計、勾配の安定性の分析など、三軸テストは、安全かつ持続可能に構築するために必要なデータ。