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使用實驗室試驗確定土壤內部阻力、黏聚力和內摩擦角等要素的方法有多種，其中最著名的是「直剪試驗」和「三軸壓縮試驗」。
直剪試驗
此測試在具有_A 型矩形截面的設備上進行。 Casagrandea_ 或在 Hvorsleva 類型的圓形裝置上。我們將描述使用最廣泛使用的矩形截面裝置的實驗。在這兩種情況下，測試都是使用未受干擾的樣品進行的，或者使用處於屈服點的受干擾的樣品進行的，在這種情況下測試具有比較值。
用於直接剪切矩形截面的設備（圖1）
圖。 1_卡薩格蘭德直剪裝置橫截面_
該裝置由上框架和下框架兩部分組成，其中下框架是靜止的，而上框架是可移動的，在作用於上下框架接觸平面的水平力_Z_的影響下可以在下框架上移動。
將土樣置於鋼製長方形環中，通常尺寸為100×100×30 mm，或精確刮削後的尺寸。將濾石放置在樣本的頂部和底部，然後將所有東西放入設備的環中，然後將其充滿水。將用於垂直加載的裝置放置在樣品上。上部濾石與樣品垂直加載系統相連，下部濾石與水道相連，透過水道可以使樣品在測試過程中保持飽和狀態，以排除表觀內聚力。
為了排除上、下框架接觸面的摩擦，有上框架扭轉的裝置，透過該裝置使上框架在水平剪切力的作用下移動。另外，上、下框架的接觸面塗有凡士林。設備中還包含另一個用於記錄垂直和水平變形的2比較器。
進行直剪測試
大部分有2直接剪切試驗的類型：_快_和_慢_測試。 _快速_測試包括對樣品施加一定的垂直壓力，通常相當於0,50;1,0;2,0;3,0和4,0千帕/厘米2，等待固結，如果在 期間下沉，則假定已經實現固結24小時 Δh ≤0,02 mm，然後施加大小為 Z 的水平剪切力1/20或者1/40垂直力_P_的一部分，每分鐘增加相同的值，直到地面破裂。在施加水平剪切力期間，透過比較器上的讀數不斷監測上框架的運動過程，並在每次新負載之前立即將水平變形記錄在日誌中。比較器顯示突然移動的時刻被視為突破性的。
快速試驗適用於黏土質土，其在新荷載下的自然固結速度很慢，並且對應於這種執行試驗的方法。
_Slow_測試的執行方式與之前類似，唯一的區別是水平剪力在較長的時間間隔內增加，可以是2、5和15 m分鐘或直到固結，即直到水平變形變得完全不顯著。在比較器9上監測水平力作用下的固結過程（圖1）。
慢速試驗適用於砂質或塵土，在短時間內水平剪切力增加的情況下，由於孔隙中受力水的作用，儀器中樣品的剪切會加速，這不符合自然過程。因此，時間間隔隨著未結合土壤顆粒的細度而增加，以使土壤孔隙中的水壓與外部水壓平衡。這種均衡是透過在每級水平荷載的作用下留出足夠的時間，使孔隙中多餘的水分通過濾石被擠出來實現的。
除上述試驗外，在某些情況下，還進行垂直載荷下不固結的快速試驗，即將樣品引入設備並加載垂直載荷後立即施加水平剪切力。但此施工方法適用於特殊情況，例如新鋪設的黏土路堤，路堤築好後立即加載，無需事先壓實。
內摩擦角和內聚力角的測定
根據測試結果計算剪切應力
τ=Z/A，單位為 kp/cm²，
它是根據失效時的剪切力_Z_（單位為kp）和樣品_A_（單位為cm²）的橫截面積獲得的。測試是使用 3 至 4 設備進行的，負載不同的法向壓力 σ=P/A （單位為 kp/cm2），其中 P 是樣品的垂直載荷（單位為 kp）。通常取以下常壓值：1,0； 2,0; 3,0 和 4,0 kp/cm²。
SL。 2。 水平變形圖
根據內耗要素圖，得到1和水平變形圖（圖2）兩種類型。
水平變形圖是透過將裝置上框架的水平位移_ΔL_（毫米）應用到橫座標軸上的下框架（透過讀取比較器9獲得），以及縱座標軸上對應的剪切應力_τ_（kp/cm²）（圖2）。
根據土壤的壓實情況，獲得壓實的圖表1和鬆散材料的圖表2。
對於壓實材料，剪切應力_τ_最初相對於水平位移_ΔL_急劇增加，直到比例極限P，然後更緩慢，從而圖表的曲線1增加並達到最大高度B，之後圖表在一定長度上減小，最終達到水平流動。水平變形圖直線上升的區域，其中剪應力的增加與變形的增加成正比，假設為彈性變形區域。超過極限 P 後，剪切應力的增加將根據變形 ΔL 的增加而減小，直到圖表的最高點 B。在該區域中，材料開始“流動”，並被用作塑性變形區域。 1圖的最高點B代表最大剪應力max τ，假設該點發生土壤破裂，即B點為斷裂點。超過B點，材料處於液態，剪切強度下降，並且假設在該區域中，顆粒之間的連接被破壞，僅存在抵抗水平剪切力的滑動阻力。採用圖1轉向水平方向的G點作為滑動邊界。
破壞極限 B 處的剪應力稱為剪切強度或_純剪切強度_ τf，而屈服極限 G 處的剪應力稱為滑移強度_τg_。
對於鬆散材料，水平位移圖也有一個具有比例極限 P 的彈性區域，但下游是一個高達滑移極限 G 的塑性區域，即最大剪應力等於極限強度，滑動 (τ=τg)，超過該區域材料呈液態。
SL。3。 剪切圖，a) 適用於黏性土壤，b) 適用於非黏性土壤
當橫座標軸施加法向壓力_σ_（kp/cm）時，得到剪切圖2，縱座標軸上是對應的剪切強度 τf，單位為 kp/cm2，這兩個值都以相同的比例應用（圖 2）。3）。由於土壤的抗剪強度τf隨著法向壓力_σ_的增加而增加，因此對於不同的壓力_σ_，土壤的抗剪強度τf會增加1_ 得到點 A、B、C 和 D，它們代表相應的剪切強度。
取得圖表上的各點 A、B、C 和 D3對於黏性土壤（圖 1）3a)，採用滑動強度_τ_g。然而，對於黏性土，材料在達到滑動極限G之前很久就開始流動，傾向於採用比例極限P處的抗剪強度來確定土體的黏聚力_c_和內摩擦角，但由於它相對較小，因此經常採用圖中變形_ΔL_的抗剪強度2比設備加載前一階段的變形大兩倍。這個強度位於P和B的邊界之間，即G（圖1）。2）。
連接76a圖上的A、B、C、D點，得到剪切圖，成功測試後為直線。將圖延伸到與縱座標軸的交點，對於 σ = 0，根據庫侖模式 τf = c+σ tgphi 得到 τf = c = 土體黏聚力，而圖相對於水平面的傾角給出了內摩擦角。透過在縱座標軸的另一側延伸剪切圖，在橫座標軸上獲得由內聚力 pk 引起的應力，此時內聚力 c 的大小表示為摩擦阻力的當量：
c = pk tgphi，因此 pk = c/tgphi
對於不連貫的土壤，例如沙子，如圖所示。 3b，穿過座標原點，因為對於 σ = 0，我們得到 τ = 0。然而，如果沙子是細粒且潮濕的，則會出現類似圖 1 的圖表。 3a，內聚力_c_較小，代表表觀內聚力。在這種情況下，座標原點另一側的延伸橫座標軸上的應力_pk_表示毛細管應力。
需要指出的是，直接剪切試驗測定土體粘聚力和摩擦力有幾個缺點，其中最重要的是，土體破壞發生在預定的剪切面上，而不是在剪切阻力最小的表面上，試樣在裝置中剪切時，由於上框架在下框架上的移動而使剪切面減小，只能在很短的長度上監測試樣在剪切過程中的變形，從而無法將斷裂極限後的滑動阻力控制在足夠的範圍內，特別是在軟土剪切變形較大時的情況等。
三軸壓縮試驗
測試是在三軸裝置上進行的，三軸裝置有不同的結構，但都基於相同的原理，如下所示。將未受擾動的滾筒狀樣品垂直放置在支架上，從各個方向承受液團的側向壓力，然後承受垂直壓力，該壓力逐漸增加，直到在剪切阻力最小的表面上引起樣品斷裂。根據斷裂剪切強度，計算土壤的黏聚力和內摩擦角。
三軸裝置說明
圖。 4。 三軸儀
三軸裝置（圖4）包括放置樣品台的腔室底板的下部，以及用於垂直加載樣品的活塞的上部和封閉腔室的上板。最常見的樣本尺寸是直徑 phi=36 mm，高度 h=2,2-2,5_phi_。腔室直徑為_D_=135mm，高度_H_ = 180 mm。用於從底部排出樣品的窄管 K1 從樣品台的中心開始，該細管通過多孔板接收樣品中的水，並將其排到室外的垂直玻璃管 C1 中。如果在不排出樣品的情況下進行測試，則該通道用於測量孔隙中的水壓。在腔室的青銅底座中，有一個通道 K2，用於供應液體質量，以填充腔室並在腔室中對樣品實現側向壓力。
穿過腔室的上板穿過用於裝載樣品的活塞手柄。腔室內的樣品被橡膠膜包圍，橡膠膜兩端延伸，並透過橡膠圈與活塞和底座連接。活塞中部有一個通道K3，用於從上側排出樣品。
腔室兩側採用有機玻璃圓筒密封，有機玻璃圓筒透過橡膠圈固定在腔室的上下板上。
腔室放置在堅固的底座上。樣品的正常加載是透過帶有配重的槓桿完成的，其比例通常為1：10。用於在腔室中的樣品上實現側向壓力的系統由一個裝有液體質量 B 的瓶子（透過一根管子將其引入腔室）、一個用於測量氣壓的壓力計和一個裝有壓縮空氣的瓶子組成。活塞上方放置比較器用於加載樣品，以測量樣品在負載下的沉澱。
可利用B瓶中的氣壓，透過閥門V1和V2隨意調節腔室中液體質量的側向壓力。此壓力會在樣品中產生水平應力 σ2 和 σ3，由於樣品的圓形截面，這些水平應力是均衡的 σ2 = σ3.
液體物質可以是蒸餾水或油，為了更好的密封，最好選擇蒸餾水或油，因為水可以通過螺絲。在瓶 B 中氣壓的影響下，液體物質充滿腔室直至閥門 V6，然後閥門關閉。樣品_P_的垂直載重透過活塞手柄幾乎無摩擦地傳遞到樣品，除以樣品_A_的橫截面積，得出垂直應力_σ1 = P/A_
進行三軸壓縮試驗
對於測試樣品，在單獨的設備中進行處理，得到直徑為36 mm、高度為78 mm或90 mm的滾筒，在其上從頂部和底部放置濾石並拉上橡膠膜。然後將樣品與濾石一起放置在腔室中的支架上，將橡膠膜的兩端拉過支架和加載活塞並用橡膠環固定。根據某些實驗室（例如倫敦 Skempton 教授）的實踐，在測試過程中，透過在樣品側面襯上濾紙（在拉上橡膠膜之前放置濾紙）來加速測試過程中樣品在室內的排出。當將樣品引入設備並將有機玻璃圓柱體固定在上板和下板中時，進行測試，可以透過多種方式進行，例如：
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_不排水測試。 _ 在這些測試中，在閥門 V4 和 V5 關閉的情況下，在進行橫向和垂直測試期間不允許排放樣品。
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不排水固結實驗。在施加側向壓力期間，樣品被排水（閥門V4和V5打開），而在施加垂直壓力期間，不允許排水（V4和V5關閉）。
3_) 排水測試_。在整個測試過程中，樣品都會被排出（閥門 V4 和 V5 打開），以便發生完全固結，並且在施加垂直壓力 σ1 期間，孔隙中不會產生應變水。此試驗需要很長時間，特別是對於透水性差的土壤，因為垂直荷載_σ1_必須分大量小階段施加，並且每個階段都必須等待固結。此外，可以使用_飽和_和_部分飽和_樣本_執行上述測試。 _
鑑於上述可能性，三軸壓縮試驗可以進行不同的變體，並根據負載條件下的土壤類型進行調整。
所描述的設備、程序、單位、數值和模式均來自歷史來源。本文不是岩土工程研究、實驗室協議、基礎項目、邊坡穩定性證明或開挖計劃。樣本和測試方法的選擇、排水和固結狀態、地下水、荷載狀態、地震影響和開挖安全性必須根據現行規定，由適當的實驗室和授權的岩土專家確定，用於特定的土壤和建築物。