三軸圧縮試験とは｜土のせん断強さを求める室内土質試験

三軸圧縮試験とは、円柱形に成形した土の供試体に周囲から圧力を加えた状態で、上から押しつぶし、土のせん断強さを求める室内土質試験です。地中では土は上下だけでなく周囲からも押されています。その状態に近い条件で測れることが、この試験の特徴です。

供試体をゴム膜で覆い、圧力室に入れて水圧をかけます。この周囲からの圧力を保ったまま、上から軸方向に力を加えていき、供試体が破壊するまでの応力と変形を記録します。周囲の圧力を変えて複数回行うことで、土のせん断強さを表す粘着力と内部摩擦角を求めます。

内部摩擦角がどのような性質を表すのかは内部摩擦角とはで解説しています。

三軸圧縮試験には、試験中に供試体から水を抜くかどうか、圧力をかけたときに水を排出させて落ち着かせるかどうかで、いくつかの条件があります。土は水を含んでおり、水が抜けるかどうかで強さの出方が変わるためです。

どの条件を選ぶかは、設計で想定する状況に合わせます。盛土を一気に立ち上げる場合のように水が抜ける時間がない状況と、長い年月をかけて荷重がかかる状況とでは、見るべき強さが違います。粘性土が時間をかけて縮んでいく現象については圧密沈下とはを参照してください。

一軸圧縮試験は、周囲から圧力をかけずに上から押すだけの試験です。手軽で広く行われますが、自立する粘性土でないと実施できません。三軸圧縮試験は準備も手間もかかる一方、砂質土を含め幅広い土に適用でき、地中の応力状態に近い条件で測れます。一軸圧縮試験の詳細は一軸圧縮試験とはにまとめています。

どちらの試験も、乱れの少ない試料が前提になります。試料の採取については不撹乱試料とはを参照してください。

求めた粘着力と内部摩擦角は、斜面の安定計算や支持力の検討にそのまま使われます。N値からの推定値と突き合わせて、採用する値の妥当性を確かめる使い方もあります。地盤定数全体の整理は地盤定数とは、試験結果を報告書にまとめる手順は室内土質試験の結果整理で解説しています。

Q.三軸圧縮試験では何が分かりますか？

A.土のせん断強さを表す粘着力と内部摩擦角が求められます。周囲からの圧力を変えて複数回試験することで導きます。

Q.一軸圧縮試験とどちらを行えばよいですか？

A.対象の土と、設計で想定する状況によります。自立する粘性土であれば一軸圧縮試験で足りることも多く、砂質土を含む場合や応力状態を再現したい場合は三軸圧縮試験が選ばれます。

Q.排水条件はどう決めますか？

A.設計で想定する荷重のかかり方に合わせます。短時間で荷重がかかる状況と、長期にわたる状況とでは、見るべき強さが異なるためです。