การทดสอบการกดกรวยขนาดเล็กในเครื่องมือแรงอัดสามแกน

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาเครื่องมือ Miniature Cone Penetration Test in Triaxial Apparatus ขึ้นมาใหม่ ซึ่งเครื่องมือนี้จะจำลองสภาพการทดสอบ CPT มาไว้ภายในเครื่องมือแรงอัดสามแกนที่สามารถควบคุมสภาวะของหน่วยแรงในดินให้สอดคล้องกับสภาพจริงในสนามได้ กรวยขนาดเล็กที่ใช้ในเครื่องมือทดสอบจะมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 8 mm และมีมุมปลายกรวยเท่ากับ 60ํ โดยที่ Cone Head และ Penetrometer จะทำมาจากสแตนเลสทั้งหมดเพื่อป้องกันสนิมและการกัดกร่อนที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการทดสอบ ส่วนบริเวณฐานกรวยจะติดตั้ง Porous Ceramic เอาไว้เพื่อให้สามารถวัดแรงดันน้ำส่วนเกิน (Excess Pore Water Pressure) ที่เกิดขึ้นบริเวณปลายกรวยได้ นอกจากนี้ที่ฐานตั้งตัวอย่างดินจะติดตั้ง Transducer เอาไว้สำหรับวัดแรงดันน้ำในตัวอย่าง ส่วนที่ปลายล่างของ Cone Penetrometer จะติดตั้ง Load Cell เอาไว้เพื่อใช้วัดแรงรวมต้านทานปลายกรวยที่เกิดขึ้น สำหรับขั้นตอนการสอบเทียบเครื่องมือทดสอบจะดำเนินการเพื่อวัดแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่าง O-ring กับ Cone Penetrometer และเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของแรงดันน้ำที่วัดได้ที่ปลายกรวย ดินที่ใช้ในการศึกษาวิจัยนี้จะเป็นดินเหนียวกรุงเทพฯ สร้างใหม่ที่เก็บตัวอย่างมาจากบริเวณทางเข้าออกด้านใต้สนามบินสุวรรณภูมิ (PI ~ 62%) ซึ่งนำมาเตรียมทดสอบที่ปริมาณความชื้นเริ่มต้น W[subscript n] ~ 150% โดยมีหน่วยแรงในแนวดิ่งสูงสุดเท่ากับ 1 ksc และลดหน่วยแรงลงมาอยู่ที่ 0.25 ksc ซึ่งมี OCR เท่ากับ 4 ตัวอย่างดินที่นำมาทดสอบการกดกรวยขนาดเล็ก (MCPT) จะมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 130 mm และสูง 100 mm ซึ่งมีอัตราส่วนระหว่างเส้นผ่าศูนย์กลางตัวอย่างดินต่อเส้นผ่าศูนย์กลางกรวยเท่ากับ 16.25 โดยใช้อัตรากดที่ 0.156 mm/Min. ดินเหนียวนี้จะถูกนำมาทดสอบในสภาวะของหน่วยแรงแบบ Isotropic ที่ Effective Vertical Consolidation Stress เท่ากับ 0.5 ksc และ OCR เท่ากับ 2 ซึ่งการทดสอบแรงอัดสามแกนแบบไม่ระบายน้ำที่สภาวะหน่วยแรงเดียวกันก็จะถูกทำการทดสอบด้วยเช่นกันเพื่อหากำลังรับแรงเฉือนแบบไม่ระบายน้ำ การทดสอบ MCPT ทั้งสองตัวอย่างจะให้ผลที่ตรงกัน ซึ่งความสัมพันธ์ระหว่างแรงรวมต้านทานปลายกรวยกับความลึกกรวยที่กดเข้าไปในตัวอย่างจะมีความแตกต่างกันอยู่ 2 แบบ พฤติกรรมแรกจะพบว่าที่ช่วงความลึกเริ่มต้น 0-20 mm ความสัมพันธ์ดังกล่าวจะไม่เป็นเส้นตรงเนื่องจากผลกระทบขอบเขต (Boundary Effect) ที่เกิดขึ้น ซึ่งแตกต่างกับพฤติกรรมที่สองในช่วงความลึก 20-70 mm ที่ความสัมพันธ์นี้จะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงโดยมีหน่วยแรงต้านทานปลายกรวยคงที่ ดังนั้นหน่วยแรงต้านทานปลายกรวยสามารถหาได้จากจุดตัดแกนของเส้นตรงและแรงเสียดทานที่ผิวปลอกหาได้จากความชันของเส้นตรง ค่า N[subscript k] ที่คำนวณได้จะมีค่าประมาณ 19 ซึ่งสอดคล้องกับค่าที่ได้จากงานวิจัยอื่น ส่วนอัตราส่วนแรงเสียดทานผิวสัมผัสระหว่างดินเหนียวกับแสตนเลสนั้นจะมีค่าเท่ากับ 0.6 นอกจากนี้ยังพบว่าแรงดันน้ำส่วนเกินในโพรงดินที่เกิดขึ้นนี้จะมีค่าน้อยมากประมาณ 0.1 ksc ซึ่งเป็นผลมาจากการใช้อัตรากดที่ช้ามากๆ