【2026年最新】三軸圧縮試験の原理と実務解釈｜Uu・Cu・Cdの違い

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三軸圧縮試験で得られた生データは、そのままでは設計計算に使えません。破壊規準として広く定着している「モール・クーロンの破壊規準」に則り、図解的に粘着力 $c$ と内部摩擦角 $\phi$ を抽出するプロセスが不可欠です。

計算の第一歩は、複数の異なる拘束圧（通常は異なる拘束圧を設定した3個以上の供試体）を用いて破壊に至るまでの最大軸差応力 $(\sigma_1 - \sigma_3)_f$ を計測することです。得られた各試験結果から、横軸に垂直応力 $\sigma$、縦軸にせん断応力 $\tau$ をとった直交座標上に「モールの応力円」を作図します。

円の左端は最小主応力となる拘束圧 $\sigma_3$（横軸上の座標 $[\sigma_3, 0]$）、右端は破壊時の最大主応力 $\sigma_1 = \sigma_3 + (\sigma_1 - \sigma_3)_f$（横軸上の座標 $[\sigma_1, 0]$）に位置します。すなわち、円の半径は $(\sigma_1 - \sigma_3)_f / 2$、中心座標は $(\sigma_1 + \sigma_3) / 2$ となります。拘束圧を変えて描いた複数の応力円に対し、その外側に共通して接する直線を引きます。この直線こそが「破壊包絡線」です。

破壊包絡線の関係式は $\tau = c + \sigma \tan\phi$ で表されます。直線が縦軸と交わる切片が「粘着力 $c$」であり、直線の傾き角度が「内部摩擦角 $\phi$」を示します。CU試験で間隙水圧 $u$ を同時測定していた場合は、全応力から間隙水圧を差し引いた有効応力 $\sigma' = \sigma - u$ を用いて円を左側（原点方向）へシフトさせ、有効応力基準の強度定数 $c'$ および $\phi'$ を求めます。この変換精度が、実務における構造物の沈下量計算や支持力照査の信頼性を直接左右します。