三轴试验

三轴剪切试验是测量许多可变形固体的机械性能的常用方法，尤其是土壤（如沙子、粘土）和岩石，以及其他粒状材料或粉末。 测试有多种变体。

在三轴剪切试验中，应力被施加到被测材料的样品上，导致沿一个轴的应力不同于垂直方向的应力。 这通常是通过将样品放置在两个平行的压板之间来实现的，压板在一个（通常是垂直的）方向上施加应力，并对样品施加流体压力以在垂直方向上施加应力。 （允许在三个正交方向中的每一个方向上施加不同水平应力的测试设备在下面的真三轴测试中讨论。）

在测试设备中施加不同的压缩应力会导致样品中产生剪切应力； 可以增加负载并监测变形，直到样品失效。 在测试过程中，周围的流体被加压，并且压板上的应力增加，直到气缸中的材料失效并在其内部形成滑动区域，称为剪切带。 三轴试验中剪切的几何形状通常会导致样品变短，同时沿侧面凸出。 然后减少压板上的应力，水压将两侧推回，导致样品再次长高。 在收集有关样品的应力和应变数据时，通常会重复此循环数次。 在测试过程中，样品中流体（例如水、油）或气体的孔隙压力可以使用 Bishop 的孔隙压力装置测量。

从三轴试验数据中，可以提取样品的基本材料参数，包括抗剪角、表观内聚力和剪胀角。 然后将这些参数用于计算机模型，以预测材料在更大规模的工程应用中的表现。 一个例子是预测斜坡上土壤的稳定性，斜坡是否会倒塌或土壤是否会支撑斜坡的剪切应力并保持原位。 三轴试验与其他试验一起用于进行此类工程预测。

在剪切过程中，颗粒材料通常会增加或减少体积。 如果它最初处于致密状态，那么它通常会增加体积，这一特征被称为雷诺膨胀。 如果它最初处于非常松散的状态，那么收缩可能会在剪切开始之前或与剪切一起发生。

有时，在无侧限压缩测试中，粘性样品的测试是在没有侧限压力的情况下完成的。 这需要更简单和更便宜的设备和样品制备，尽管适用性仅限于暴露时侧面不会碎裂的样品，并且低于原位应力的限制应力给出的结果可能过于保守。 为混凝土强度测试进行的压缩测试基本上是相同的测试，在为混凝土测试典型的更大样品和更高负载设计的设备上。

对于土壤样品，样本包含在圆柱形乳胶套筒中，带有扁平的圆形金属板或压板封闭顶端和底端。 该圆柱体被放置在液压流体浴中，以沿圆柱体的侧面提供压力。 然后可以沿气缸的轴线机械地驱动顶部压板向上或向下以挤压材料。 上压板移动的距离是根据移动它所需的力来测量的，因为周围水的压力受到仔细控制。 材料体积的净变化也可以通过有多少水流入或流出周围的浴槽来测量，但通常是通过测量流入或流出的水量来测量 – 当样品被水饱和时 样品的毛孔。

对于高强度岩石的测试，套筒可以是薄金属板而不是乳胶。 很少对坚固的岩石进行三轴测试，因为破坏岩石样品所需的高力和压力需要昂贵且笨重的测试设备。

样品上的有效应力可以通过在一个压板上使用多孔表面来测量，并在测试过程中测量流体（通常是水）的压力，然后根据总应力和孔隙压力计算有效应力。

三轴试验可用于确定不连续处的剪切强度。 均匀且各向同性的样品由于样品中的剪切应力而失效。