การพัฒนาเครื่องมือและวิธีการเพื่อศึกษาพฤติกรรมการเสียรูปของดินเหนียวอ่อนกรุงเทพภายใต้สภาวะแวดล้อมแบบความเครียดในระนาบ

Abstract

ในงานทางด้านวิศวกรรมปฐพีส่วนใหญ่ เช่น งานอุโมงค์ งานคันดินยาว งานเขื่อน งานกำแพงกัน ดิน เป็นต้น จะอยู่ในสภาวะแวดล้อมแบบความเครียดในระนาบ (Plane strain condition) ซึ่งการทดสอบหาค่า การรับกำลังของดินแบบแรงอัดสามแกน (triaxial test) มีเงื่อนไขสภาวะแวดล้อมของการทดสอบที่ไม่สอดคล้องกันดังนั้นจึงต้องทําการทดสอบในสภาวะแวดล้อมแบบความเครียดในระนาบขึ้น โดยงานวิจัยนี้ได้ทําการพัฒนาเครื่องมือที่มีความแม่นสูงเพื่อใช้ในการทดสอบและวิธีการเตรียมตัวอย่างแบบไม่รบกวนตั้งแต่ เริ่มต้นไปจนถึงสิ้นสุดขั้นตอนการเฉือนดิน เครื่องมือและชุดโปรแกรมควบคุมที่ใช้ในการทดสอบนี้ได้ทําการออกแบบและประดิษฐ์ขึ้น ณ ห้องปฏิบัติการวิศวกรรมปฐพีคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา เพื่อให้สอดคล้องกับการทดสอบให้มากที่สุดตัวอย่างที่ใช้ในการทดสอบจะมีลักษณะเป็นทรงลูกบาศก์ โดยมีขั้นตอนการเตรียมตัวอย่าง คือ นําดินเหลวบรรจุเข้าเครื่องทดสอบที่ได้ติดตั้งถุงยางไว้กับเครื่องทดสอบโดยเครื่องทดสอบจะมีแผนประกบด้านหน้าและด้านหลังเป็นแบบยึดตรึงไว้ และมีด้านซ้ายและด้านขวาสามารถถอดออกได้เพื่อสร้างสภาวะแวดล้อมแบบความเครียดในระนาบแก่ตัวอย่าง ในการ สร้างโครงสร้างดินใหม่ของดินเหนียวที่มีปริมาณน้ำสูงจะใช้กระบวนการอัดตัวคายน้ำในหนึ่งมิติโดยทําการให้แรงกดในแนวดิ่งด้วยกระบอกลมนิวเมติกซึ่งมีการปรับแก้ค่าแรงดันลมอยู่ตลอดเวลาร่วมกับแรงดันน้ำที่เป็นลบเพื่อเร่งการทรุดตัวในกระบวนการอัดตัวคายน้ำในที่นี้จะใช้แรงดันน้ำที่เป็นลบไม่เกิน 30% ของแรงกดในแนวดิ่ง ในกระบวนการนี้ค่าของการเคลื่อนตัวในแนวราบจะมีค่าคงทีทั้งสี่ด้านและจะถูกวัดค่าของแรงดันดินด้านข้าง ตลอดการทดสอบด้วยอุปกรณ์วัดแรงดันดินด้านข้างที่ติดตั้งอยู่กับแผนประกบด้านหลัง เมื่อสิ้นสุดการสร้างโครงสร้างดินใหม่จะต้องทําการเปลี่ยนสภาวะแวดล้อมของอุปกรณ์ให้เป็นสภาวะแวดล้อมแบบความเครียดในระนาบโดยทําการปลดแผนประกบด้านข้างออกแล้วทํากระบวนการอัดตัวคายน้ำในหนึ่งมิติอีกครั้งโดยให้การยุบตัวในแนวดิ่งซึงควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ เมื่อสิ้นสุดกระบวนการอัดตัวคายน้ำสามารถหาค่า สัมประสิทธิของแรงดันดินด้านข้างขณะหยุดนิ่งได้จากผลการทดสอบเฉือนตัวอย่างที่ถูกเตรียมตัวอย่างขึ้น ด้วยความเค้นในแนวดิ่งเท่ากับ 50 60 และ 80 kPa ตามลําดับ พบว่า ทั้งสามตัวอย่างมีลักษณะการวิบัติที่มีแถบแรงเฉือนเป็นรูปกากบาท เมื่อนําค่า Stress-Strain มาเปรียบเทียบกันในเทอมของความสัมพันธ์ระหว่างค่า Deviator stress กับค่า Vertical strain พบว่าเกิด Hardening Softening or decreasing และเข้าสู่ Residual state ตามลําดับทั้งสามตัวอย่าง และค่าแรงดันน้ำส่วนเกินที่เกิดขึ้นมีค่าเป็นบวกมีแนวโน้มที่เพิ่มขึ้นเมื่อกำลังรับแรงเฉือนของดินนั้นต่ำลง