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综述：这三部系列重要用于介绍岩土工程试验中通用的步骤之——三轴试验。该汇报对三轴试验这个课题提供的详尽的介绍 ，蕴含很多衍生能够用于评估土体响应领域内的工程利用。
Overview: This three part series has been written to introduce one of the most versatile tests in the geotechnical laboratory – the triaxial test. The papers provide a detailed introduction to the subject of triaxial testing, including the many variations available for assessing soil response across a range of engineering applications.
本系列文章共分为以下主题：
1. 三轴试验介绍
2. 高级三轴试验
3. 动三轴试验
简介
本文介绍了一套三轴测试系统 ， 可用来确定通例三轴系统不能得到的土体参数 ，或者让土体的反映尽量靠近现场状态。
本文蕴含以下部门：
部门应变丈量
部门孔压丈量
弯曲元试验
非鼓和土试验
高级软件节造
部门应变丈量
通例三轴系统丈量变形的传感器通常在三轴压力室的表部。在这种情况下 ，位移传感器装置在加压杆（第一部门图 2：三轴试验介绍）上面 ，轴向应变通过反压节造器的体积变动或者位移传感器来丈量。
固然这些设计在通例三轴试验可能提供足够的精杜爪变丈量 ， 但不能丈量刚度或者强度的峰值或者有代表原位泥土响应剪切区产生的幼应变。这重要是由于位移传感器丈量的数值蕴含系统活动和变形等一些无关试样体积变动的量 ；芑怠⒍ッ北谎谷胧匝ゲ ，也造成无法精确丈量幼应变。试样顶部和底部与顶盖和底座接触产生摩擦使得试样高度领域内产生不均匀的变形 ，这意味着只有中央三分之一的试样被以为是不受限度的,组成主剪切区域 ，这代表原状土的响应。
这些误差都能够通过搁置的轴向和径向的应变传感器直接丈量来减幼。
部门轴向应变传感器
试样的部门应变能够通过将两个相隔 180°的位移传感器垂直装置在试样中部的 1/3 区域来丈量。图 1 显示的是霍尔效应位移传感器 ，也能够利用其它传感器 ，如迷你线性位移传感器 （LVDT）。每个传感器通过两个装置块固定在试样上 ，它们相对活动来丈量试样变形。 这种传感器通过推算两个装置块之间距离的变动（称为计量长度）来推算试样的轴向应变 ，而不是选取试样的初始高度。
部门轴向应变传感器
三轴试样的径向应变能够通过装置在试样中心的一个位移传感器来丈量。通过两个相隔 180 度的垫块固定在试样上 ，垫块的两个部门选取铰链衔接。当试样膨胀时两个垫块距离增大 ，当收缩时距离减幼。该传感器装置成钳口盛开的大局 ，以至所测得的位移是现实变形的两倍。 图 1 显示的是装置径向霍尔效应传感器 ，若是必要也能够选取LVDT。
传感器选择、维建技巧和优势
本文所介绍的两种部门位移传感器（霍尔效应和 LVDT）都合用于丈量部门变形。总之 ，霍尔效应传感器比 LVDT 幼 ，沉量也轻 ，装置时只对试样施加了一个很幼的荷载使得它在软土测试中实用。LVDT 传感器牢固 ，其精度也高。所以LVDT 合用于越发僵硬的试样 ，或者围压更大的情况。
选取何种方式固定传感器到土样上必要凭据所测的土体。通常选取粘合剂 ，例如乐泰胶水或者选取硅胶和不锈钢针结合使用在试样上装置轴向或者径向垫块。由于不刺穿橡皮膜 ，所以接触粘合剂利用较多。
但在某些情况下可能要用针将垫片固定在某些处所 ，这必要使用硅密封胶来预防电池液泄漏到试样上 ，把稳只有当试样足够软允许将针插入试样内部。
为了注明选取部门应变传感器的益处 ，图 2 展示了选取总应变丈量和部门应变丈量两种测得的了局。通过幼应变传感器可能捉拿到幼的应变 ，并解除了底座败坏和系统的造约 ，使得两种步骤的了局有着显著地分歧（好比 0.5%） ， 同 时试样初始刚度比选取总应变测得的更大。
选取部门应变测得的刚度更高也更切合现场状态 ，图 3 展示了剪切模量的退化曲线。通过选取幼的剪切模量和不太守旧的设计 ，可能降低工程成本。把稳：在进行数值推算时选取幼应变来正确估计土的剪切模量也是极度沉要的。
部门孔压丈量
就像传统的三轴系统丈量试样的总应变一样 ，孔隙水压力的丈量也偏差于选取压力室表部的传感器来读取数据。这使得数据值为试样端部孔隙水压力的响应 ，而不是重要剪切区（试样中部1/3 领域内）的值。因而 ，为了增长剪切过程中孔隙压力的丈量精度 ，中平面庞压传感器可能在三轴系统中利用。图 4 为一个利用该传感器的一个图例。
就像它的名称一样 ，这些传感器装置在试验中部或者靠近中部。在橡皮膜上开一个幼孔并将传感器与试样接触 ，在试样和橡皮膜之间安放一个法兰环。在这个地位透水石与试样直接接触 ，通过隔阂的活动来丈量孔压。必要保障隔阂与透水石之间齐全被水填充以保障测试的正确性。
弯曲元测试
试样中极度幼的应变响应能够通过弯曲元获得。如图 3 所示 ，弯曲元还能够丈量最大剪切模量（Gmax） ，这个参数在岩土设计和数值推算中很有效。
弯曲元选取两个双晶片陶瓷插入试样肯定深度 ，他们可能垂直搁置（如图 1 中搁置在顶帽和底座上）或者水平搁置 ，确定试样的各向异性。当试验时 ，给其中的一个元件提供电源使其在试 样中产生 P 波或者 S 波 ，同时另一个元件接管通过试样的波。
图 5 展示了三轴试样中一个典型垂直弯曲元的道理详图。把稳这个图中发射或者接受的波均为 S 波。
两种类型的波的重要区别在于离子相对于波的活动方向。P波为纵波 ，暗示离子的移动方向与波的传布一致。 S 波为横向波 ，这暗示离子移动的方向与波的传动方向垂直。
更多关于波在泥土中的传递能够查看文件 ，关于弯曲元方面的沉要结论如下：
P 波的速度被土体的体积和剪切模量节造 ，别离为 K 和 G。
P 波通过水来传布 ，所以 P 波的速度与土体的鼓和杜仔关
S 波的速度由土的剪切模量 G 节造
由于鼓和度不及以影响剪切模量 ，所以试样中 S 波的传布速度根基不单独受鼓和度的影响
Vp>Vs’
现实上 ，弯曲元就是来测试 Vp 和 Vs’ 。通过丈量波从一个元件发送到另一个元件所必要的功夫 ，而后用两个元件之间的距离除以该功夫。值妥贴心的是由于不能正确获得波传布到接受元件 的功夫 ，所以传布功夫不直接获取 ，重要凭据岩土力学中推荐的步骤由用户来确定。
估算 P 波和 S 波的速度后 ，要估算 K 和 G 值只必要知路试样的体积密度 ，体积密度乘以波速的平方 ，波速必要尽可能正确简直定。把稳：有时辰 P 波能够用来暗示试样的鼓和度 ，当试样达 到鼓和时 P 波的速度应该靠近 1450m/s（P 波在水中的速度）。
图 6 展示了弯曲元系统 ，蕴含节造箱用于采集和纪录波形。若是 在三轴系统中不止一套弯曲元（例如同时使用垂直和横向元件） ，能够增长一个隶属箱。
非鼓和试验
传统三轴系统和一系列的改进都是要求试样齐全鼓和 ，这个要求也就相当于在现场中泥土位于地下水位以下 ，如图 7 所示 ，然而在现实中有好多情况下土体在地下水位以上 ，事实上地球上60%的人丁处于干旱地域 ，地下水位很深 ，也就是说在这些区域岩土工程重要为非鼓和土。
当评估不鼓和泥土时,Fredlund 和 Rahardjo(1993)建议不仅仅思考现场的有效应力 ，而选取两个应力变量：通例应力（
）和基质吸力（
）, σ为总法相应力 ，
为孔隙水压力 ，
为孔隙气压力 ，并且
。由于孔隙气压力的存在 ，在钻研非鼓和土时必要额表的硬件 ，在测试试样体变时也必要越发复杂的步骤。
孔隙气压力施加
孔隙气压力有两种施加步骤：通过压缩空气供给 ，或者选取空气压力/体积节造器。选取压缩空气施加气压力比压力/体积节造器越发急剧（这重要是由于空气的高压缩性造成的） ，但是选取压缩空气供给时不能丈量进入试样的气体体积。
如图 8 所示 ，气压力通过试样帽施加 ，反压（孔隙水压力）通过基座施加。选取适合高压空气的圆盘作为底座 ，或者HAEPD。HAEPD 必要将孔隙气和孔隙水分隔 ，使试样维持一个基质吸力（
）。选取天然陶瓷资料 ，当鼓和后在其上方施加一个比孔隙水压力大的孔隙气压。这个资料可能阻止空气流出试样 ，气体压力的最大值就是进气值。HAEPD 的进气值通常在 300~1500kPa 之间。
丈量试样体变
当进行非鼓和三轴试验时 ，试样最初处于鼓和状态 ，而后增长基质吸力使其造成非鼓和状态 （通过土水特点曲线中基质吸力与鼓和度来确定）。扭转土体的非鼓和状态时不成能单独选取反压体积 ，体变丈量越发复杂 ，这重要是由于试样中的空气的高压缩性造成的 ，所以必要选取其它步骤来丈量试样的体变。丈量体变必要的硬件如下：
1. 使用空气气压/体积节造器。
2. 选取内压力室和幼量程的差压传感器。
3. 选取双层压力室。
4. 选取部门轴向和径向应变传感器。
每一种丈量体变的步骤都选取了分歧的技术 ，同时它们也有各自的利益和弊端。对于各类步骤的总结如下：
选取孔隙气压和反压体积两个节造器结合使用来推算试样的体变。
选取两个或者三个装置来丈量由于试样体积变动引起的内压力室水位或者体积的变动。
直接选取部门应变传感器丈量轴向和径向应变来推算试样体变。
要确定那个选型最适合进行三轴试验 ，每种步骤都要进行具体的 评估 ，也要思考试验类型。
软件节造
现代电脑允许用户进行比以前三轴试验复杂的自动化测试 ，这能够削减用户操作仪器所需的功夫。这能够通过节造软件节造硬件来实现 ，通过关合回路的开与关 ，数字压力/体积节造器基于系统传感器反馈致反定期调整地位的速度。使用软件来进行试验的步骤如下：
自动鼓和——增长围压和反压 ，通过 B-check 来检测增量。软件基于孔压传感器反馈的值推算 B 致反确定鼓和度。
K0 固结——围压以指定的速度增长 ，而帧速度基于径向应变传感器的反馈值自动调整。软件的指标就是维持径向应变为零（即一维固结） ，使试样维持应力前提不变。
应力蹊径节造——围压和帧速度凭据用户指定的线性应力蹊径进行调整 ，图 9 显示的是一种应力蹊径。在加载过程中 ，偏应力 q 和有效应力 p’都随着荷沉传感器、轴向位移和反压体积的想书而变动(这些都用于推算试样当前的应力和面积) ，所以必要通过软件沉新推算。
应力循环节造——加载在试样上面的循环偏应力（正弦）的帧速度不休调整 ，把稳由于没有专门的加载架 ，加载频率为 0.015 赫兹或更少。
参考文件
Clayton, C. R. I. & Khatrush, S. A. 1986. A new device for measuring local axial strains on triaxial specimens. Géotechnique, Vol. 36, No. 4, p 593-597. Fredlund, D. G. & Rahardjo, H. 1993. Soil Mechanics for Unsaturated Soils, New York, John Wiley.
Jardine, R. J., Symes, M. J. & Burland, J. B. 1984.
The measurementof soil stiffness in the triaxial apparatus. Géotechnique, Vol. 34, No. 3, p 323-340.
Meilani, I., Rahardjo, H., Leong, E-C. & Fredlund, D. G. 2002.Mini suction probe for matric suction measurements. Canadian Geotechnical Journal, Vol. 39, p 1427-1432.
Menzies, B. K. & Matthews, M. C. 1996. The Continuous Surface-Wave System: A modern technique for site investigation.
Special Lecture: Indian Geotechnical Conference Madras, Dec 11-14.
Ng, C. W. W. & Menzies, B. 2007. Advanced Unsaturated Soil Mechanics and Engineering, Oxon, Taylor & Francis.
Yamashita, S., Kawaguchi, T., Nakata, Y., Mikami, T., Fujiwara,T. & Shibuya, S. 2009. Interpretation of international parallel test on the measurement of Gmax using bender elements. Soils and Foundations, Vol. 49, No. 4, p 631-650.
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