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三轴试验是土工测试中的一种重要试验方法，三轴试样制备是否均匀直接影响到测试结果。基于单向分层击实法制备试样过程中试样的受力特点，分析试样不均匀的成因，并通过三轴试验验证单向分层击实法制备试样的不均匀性。试验结果表明：采用单向分层击实法制备的试样，其破坏位置较为一致地发生在相对软弱的试样上端。试验研究成果对现有规程中推荐使用的三轴试验制样技术的缺点进行了检验。