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三軸圧縮試験とは?1分でわかる意味、供試体、試験法、uuとcdの違い

三軸圧縮試験とは、供試体(試験体)に対して、3方向から圧縮力を加える試験です。一方向のみ圧縮する試験を、一軸圧縮試験といいます。今回は三軸圧縮試験の意味、供試体の仕様、試験方法、UU試験とCD試験の違いについて説明します。※一軸圧縮試験については下記の記事が参考になります。

一軸圧縮試験とは?1分でわかる意味、供試体の寸法、粘着力、一軸

三軸圧縮試験とは?

三軸圧縮試験とは、3方向から圧縮力を加える試験です。下図をみてください。3方向とは、鉛直方向(Z方向)、水平方向(X,Y方向)の3つです。

三軸圧縮試験

鉛直方向の加力は、載荷版より供試体を直接押して行います。水平方向の加力は、水による液圧(圧力)です。※圧力については下記の記事が参考になります。

圧力と面積の関係は?1分でわかる圧力の意味、単位、荷重、面積との関係


一軸圧縮試験を思い出してください。鉛直方向のみ力を作用させました。しかし、実際の地盤は一方向だけでなく、色々な方向から力が作用しています。


また、地盤は「間隙比、飽和条件、排水条件、圧密条件」などにより、強度が大きく変わります。


三軸圧縮試験は、圧密や排水を制御できます。また3軸から力を作用させます。実際の地盤の条件に、なるべく近づけた試験方法です。※圧密や間隙については下記の記事が参考になります。

圧密とは?土の圧縮性の基礎知識

間隙比と間隙率の違いとは?サルでもわかる計算方法


なお、三軸圧縮試験では、鉛直方向の圧力だけでなく、間隙水圧も測定可能です。間隙水圧は下記の記事が参考になります。

間隙水圧の基礎知識、有効応力との関係

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三軸圧縮試験の試験法

三軸圧縮試験の試験法を簡単に説明します。


・供試体を作成、薄いゴム膜で包む

・圧力室に供試体を入れる。まず、水圧による側圧を加える

・所定の速度で、鉛直方向に力を作用させる

・供試体が壊れるまで載荷を続ける


試験方法には細かい規定があります。詳細はJISや下記の書籍よりご確認ください。

土質試験 基本と手引き

三軸圧縮試験の供試体

三軸圧縮試験の供試体の仕様を下記に示します。


・直径 ⇒ 3.5、5.0、7.5、10cmなどを標準

・高さ ⇒ 直径の2.0〜2.5倍


三軸圧縮試験では、水による液圧を加えます。土の供試体が、直接水に触れては正しい試験結果が得られないので薄いゴムに包みます。

UU試験とCD試験の違い

三軸圧縮試験は、排水条件、圧密条件を制御できます。地盤の強度は、排水条件、圧密条件で大きく変わります。排水・圧密条件を変えた、下記の試験があります。


UU試験(非圧密、非排水) ⇒圧密、排水が行えない状態で行う試験。せん断前(圧密中)、せん断中も全く排水させない。

CU試験(圧密、非排水) ⇒供試体が、せん断する前(圧密中)は排水させる。せん断中は排水させない。

CD試験(圧密、排水) ⇒せん断前(圧密中)、せん断中も排水をさせる。


UU試験は、非圧密、非排水試験です。英語で、un-cosolidated un-drained shear testです。英語で「un」は「非」を意味します。最初の「un」は圧密、2番目の「un」は排水にかかります。


UU試験は、常に、「排水が行えない状態」で試験します。粘土地盤で、短期的な支持力を検討求めるとき有効です(粘土地盤は透水性が低い。ただし、長期間では圧密する)。


CU試験は、地盤を十分に圧密させた後の土の強度を検討するとき有効です。


CD試験は、粘土地盤の長期的な安定性を検討するときに使います。

まとめ

今回は三軸圧縮試験について説明しました。意味が理解頂けたと思います。三軸圧縮試験は、3方向から力を加える試験方法です。実際の地盤条件に近い状態で試験ができます。よって、正確な力学特性が得られるでしょう。三軸圧縮試験の特徴や目的を覚えてくださいね。また、UU試験やCD試験の意味、使い分けも理解しましょう。※併せて下記の記事も参考にしてくださいね。

一軸圧縮試験とは?1分でわかる意味、供試体の寸法、粘着力、一軸

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