三轴试验

三轴试验（Triaxial test）或三轴剪切试验（Triaxial shear test），是土力学中现有决定剪应力强度参数最可靠的方法之一。它在例行性试验或研究中广泛为使用。

三轴试验装置示意图

在此试验中，一般所之土壤试体直径约1.4英寸（36毫米），长度为3英寸（76毫米）。用薄橡皮膜包裹之试体放在一装有水或甘油之圆塑胶容器内。经由容器内液体之压缩对试体施加围压。要造成试体受剪破坏，我们必须透过一垂直之加载活塞来施加轴向应力。 三种一般性之标准三轴试验：

1. 压密－排水试验（Consolidated Drained，CD；CD试验）
2. 压密－不排水试验（Consolidated Undrained，CU；CU试验）
3. 不压密－不排水试验（Unconsolidated Undrained，UU；UU试验）

压密－排水三轴试验

在CD试验中，首先透过三轴容器液体之压缩，对饱和之试体施加一全方位之围压。围压施加之后，试体内之孔隙水压增加。

此一孔隙水压之增加可用一无因子参数之形式来表示：

${\displaystyle B={\frac {u_{c}}{\sigma _{3}}}}$

对饱和之软土，B约等于1；但是饱和之硬土，B值则可能小于1。Black and Lee (1973)为不同土壤在完全饱和的情况下B之理论值。^{[来源请求]}

土壤种类	理论值[来源请求]
正常压密软黏土	0.9998
轻微过压密软黏土与粉土	0.9988
过压密硬黏土与砂土	0.9877
非常紧的砂土与非常硬之黏土在高围压下	0.9130

如果将排水阀打开，超额孔隙水压之消散，也就是压密，就会发生。随着时间增加，孔隙水压最后会等于0。在饱和土壤内，压密过程中试体体积之变化可以用排出孔隙水之体积来获得。很缓慢的增加试体所受之轴差应力，排水阀继续是开的，因为轴差应力施加速率之缓慢让所产生之孔隙水压可以完全的消散。

使用不同的围压，我们可以对类似的试体进行数个试验。使用每一试验中所得破壤时之最大与最小主应力，就可以得到摩尔圆破壤包络线。破坏包络线与摩尔圆之切点应标给予破坏面上之应力值。

一个黏质土壤之压密-排水三轴试验可能需要数天来完成。需要这些时间的原因是为了确保土壤试体完全的排水而必须以很慢的速率加压。因此，CD类型之三轴试验并不常用于黏土试体。

压密－不排水三轴试验

压密-不排水试验是三轴试验中最常用的。在此试验中，饱和之试体首先用三轴容器内全方位之液体压力加以压密，造成排水。当围压增加所造成之孔隙水压消散之后，再对试体增加轴差应力达到破坏。在此阶段之试验中，试体之排水管线是关闭的。因为不允许排水，孔隙水压会改变。在试验中，同时量测Δσ_d 与 Δu_d 。此Δu_d 之增加可以用一个无因子之形式来表示如下

${\displaystyle {\overline {A}}={\frac {\Delta u_{d}}{\Delta \sigma _{d}}}}$

其中${\displaystyle {\begin{smallmatrix}{\overline {A}}\end{smallmatrix}}}$ = Skempton孔隙水压参数

黏土之压密-排水试验需要相当长的时间。为此，可以为这些土壤做压密-不排水附带孔隙水压量测之试验来得到排水剪力强度参数。因为在施加轴差应力时不准许试体排水，所以试验可以快速进行。

不压密－不排水三轴试验

在不压密-不排水试验中，土壤试体在受围压时不准许排水。试体在不排水的情况下以施加轴差应力来达到剪力破坏。因为试体在任何一阶段都不排水，试验可以很快的施做完成。因为施加围压土壤试体中之孔隙水压会增高到u_c。在施加轴差应力孔隙水压会进一步的增高。

本试验通常运用于黏土试体，对于完全饱和的凝聚性土壤而言是一个很重要的强度观念。达到破坏所需施加之轴差应力实际上与围压无关而是一个定值。