图4.2表示的是三轴仪及其试样的应力状态。试样被橡皮膜包裹放在压力室中的压力水中，对于饱和试样，排水试验中可通过接通试样的排水管量测试样的体积变化；在不排水试验中可通过孔压传感器量测试样中的孔隙水压力。当首先施加室压（围压）σc时，试样为各向等压应力状态，即σ1＝σ2＝σ3＝σc；随后通过活塞施加轴压，则在轴向产生偏差应力（σ1-σ3），设σ1＝σa，σa为总轴向应力。
图4.2 三轴试验及其试样的应力状态
图4.3 平均主应力和广义剪应力关系
当轴向加载活塞与试样帽间有拉挂装置时，轴向应力可为小主应力，即σa＝σ3，σc＝σ1。按一定规律变化室压σc和轴向应力σa，用三轴仪可以完成不同应力路径的试验。通常有如图4.2所示的几种应力路径，当然也有其他应力路径或上述各应力路径的组合，也有控制不同应变路径的三轴试验。对于所有的三轴试验，试样受到的三个主应力总有两个是相等的。用平均主应力p和广义剪应力q表示时，在图4.3中：
毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究
在一般应力状态下，为了表示中主应力的大小，常用另外两个参数表示：
毛乌素沙漠风积砂岩土力学特性及工程应用研究
式中：b为中主应力比；θ为应力罗德角。
（1）各向等压（静水压缩）（hydrostatic compression，HC）试验
在这种试验中，在三轴压力室中用静水压力通过橡皮膜向试样施加室压σc。这时，试样应力状态为σ1＝σ2＝σ3＝σc。不断增加室压，同时量测试样的体积变化。这种试验中随着围压σc＝p的增加，同样应力增量引起的体应变增量越来越小，这是由于土逐渐被压密的结果，常被称为土的压硬性。在卸载时试样发生回弹，再加载的曲线并不完全与卸载曲线重合，产生滞回圈。当进行不排水试验时，可量测试样孔压，试样孔压与施加室压之比 就是孔压系数B，B的大小反映了试验土的饱和程度。
（2）常规三轴压缩（conventional triaxial compression，CTC）试验
有时也简称为三轴试验。在这种试验中，一般试样是首先各向等压（HC）固结到一定围压σc，然后保持σc不变，增加轴向应力直至破坏。试验中b＝0或θ＝-30°。
（3）常规三轴伸长（conventional triaxial extension，CTE）试验
在这种试验中，一般试样首先被各向等压固结，然后在保持轴向应力σa不变的情况下，逐渐增加室压使σc＝σ1＝σ2，σa＝σ3，试样被挤长，所以有时也被称为“挤长试验”。这种试验中，轴向加载活塞与试样帽之间要有一定连接。尽管试样帽上部通过活塞施加的是拉力，但试样帽下部试样土受压，σa仍然是正值。在试验中，b＝1.0或θ＝30°。平均主应力p为常数的三轴压缩（triaxial compression，TC）和三轴伸长（triaxial extension，TE）试验。由于保持平均主应力p为常数，在TC试验中，轴向应力为大主应力σa＝σ1，在σa增加同时，围压σc减少，Δσc＝-Δσa/2。从而使p保持不变。最后试样被压缩而破坏。在这种试验中θ＝-30°或b＝0。
在TE试验中，轴向应力σa＝σ3为小主应力，在减小轴向应力的同时，增加室压σc，使Δσa＝-2Δσc，使p保持不变。试样被挤长，最后伸长破坏。试验中θ＝30°或b＝1.0。
（4）减压三轴压缩（reduced triaxial compression，RTC）试验
试样一般首先在一定应力状态下被固结。试验中轴向应力为大主应力σa＝σ1，并保持不变，围压σc逐渐减小，即Δσ2＝Δσ3＝Δσc<0。试样由于围压减小而被轴向压缩，对于粘土，当初始σa足够大时，试样可被压缩破坏。对于砂土则与初始应力大小无关，都会发生减压压缩破坏。试验中θ＝-30°或b＝0。
（5）减载三轴伸长（reduced triaxial extension，RTE）试验
试样首先在σc下各向等压固结，然后保持室压σc不变，轴向应力σa减小，即Δσ3＝Δσa<0，Δσ1＝Δσ2＝Δσc＝0，试样被轴向伸长，可达到破坏。由于室压不变，试样伸长，所以这种试验也被称为三轴伸长试验。这时θ＝30°或b＝1.0。当σ3<0时，试样中实际上存在拉应力，可能引起拉伸破坏。
（6）等比加载（proportional loading，PL）试验
用三轴试验可进行等比加载压缩试验。一般情况是：σa/σc＝Δσa/Δσc＝k，其中k一般为不小于1.0的常数。等比加载试验中最普遍的是静水压缩试验（HC，k＝1.0）和k0固结试验（k＝1/k0）。在这类试验中，试样总是加载压缩（Δεv>0）和卸载回弹（Δεv<0）的。
对应的各应力状态特性见表4.1。这些应力路径的三轴试验，一般指初始应力状态为各向等压。但也有些初始应力状态为k0固结状态或其他应力状态的情况。
表4.1 不同应力路径的三轴试验应力特点（加载时）
注：c为常数。