【一軸】と【三軸】圧縮試験の違い

　まず、一軸圧縮試験と、三軸圧縮試験では、試験の対象となる土質が異なります。一軸圧縮試験は”粘土のみ”を対象としている試験です。一方三軸圧縮試験は”粘土と砂”どちらも対象とする試験です。

　ここで、なぜ一軸圧縮試験は”粘土のみ”を対象としているかについて説明します。下に、一軸圧縮試験での、粘土と砂のイメージ図を描きました。

　このように、粘土は容器などに入れなくても、形を保つことができます。一方で、砂は容器に入れなければ図のように形が崩れてしまって、試験を行うことができません。このため、一軸圧縮試験は”粘土のみ”を対象とした試験であることが分かります。

　一軸圧縮試験の”粘土”を対象とした図を再掲します。

　一軸圧縮試験は、試験体の粘土を円柱形に整形し、上部から軸圧を加え、試験体を圧縮します。試験体が破壊した時点を一軸圧縮強度とします。

　一軸圧縮試験を行った際の、モールクーロンの破壊基準図における一軸圧縮強度qu(kN/m²)のイメージ図を下に示します。

　一軸圧縮試験は、側圧が無い状態です。圧縮方向の応力σ₁を徐々に大きくしていくと、試験体が壊れます。その壊れた点を、一軸圧縮強度quとします。
モールクーロン破壊基準図における、横軸の値がquに相当します。このquに対する、縦軸のせん断強度は、\(\frac{1}{2}{×}{qu}\)となることが分かります。（円の直径と半径の関係性から分かります。）

　三軸圧縮試験の”粘土および砂”を対象とした図を示します。

　三軸圧縮試験では、試験体を円柱形とし、ゴムのスリーブで試験体の周囲を覆います。試験機は、試験体に水圧をかけることができる仕組みとなっています。試験は、試験体の側方に水圧をかけながら、上部のキャップで試験体を圧縮します。水圧（σ₃）と上部の圧縮（σ₁)の両方をかけ、試験体が破壊した時点を三軸圧縮強度とします。

　つまり、どのような組み合わせの圧力σ₁と側圧σ₃で、試験体がせん断破壊したかを知ることができれば、クーロンの破壊線を求めることができます。

　三軸圧縮試験では、σ₁とσ₃を同じだけ作用させ、σ₁だけを徐々に小さくしていくことで、破壊時の組合せを測定します。これを複数回行えば、クーロンの破壊線を求めることができます。

　さらに、クーロンの破壊線を求めることができれば、縦軸の切片から粘着力cが分かり、傾きから内部摩擦角φが分かります。モールクーロンの破壊基準図における三軸圧縮強度試験結果のイメージ図を下に示します。

　以上により、土のせん断強度、粘着力、内部摩擦角は三軸圧縮試験により求めることができることが分かりました。下図に、モールクーロンの破壊基準図と求めることができる数値の対応関係を示します。

　今回の記事は以上です。次回は、3軸圧縮試験の種類と、地盤破壊の判断の数式についてまとめたいと思います。