การวิเคราะห์เสถียรภาพไม่ระบายน้ำของงานขุดที่มีค้ำยันในดินเหนียวสองชั้น

งานวิจัยนี้เป็นการนำเสนอผลการศึกษาวิเคราะห์เสถียรภาพแบบไม่ระบายน้ำของงานขุดในแนวดิ่งในดินเหนียวสองชั้นที่ใช้กำแพงกันดินคอนกรีตเสริมเหล็กหล่อในที่ เป็นโครงสร้างค้ำยันป้องกันการเคลื่อนที่ของมวลดินเข้ามาในงานขุดในลักษณะของการอูด เนื่องจากความสามารถในการรับกำลังแบกทานที่เกิดจากดินด้านหลังกำแพงไม่เพียงพอ ด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์อิลิเมนต์แบบการวิเคราะห์ลิมิตในระบบสามมิติจากโปรแกรม Optum G3 กำแพงกันดินและดินเหนียวถูกจำลองเป็นชิ้นส่วนแบบปริมาตร ดินเหนียวถูกแบ่งเป็นสองชั้น ดินเหนียวชั้นบนมีความลึกจากผิวดินจนถึงงานขุด ดินเหนียวชั้นล่างอยู่ตั้งแต่ความลึกงานขุดลงไป กำแพงกันดินถูกจำลองเป็นวัสดุแบบแข็งเกร็ง ดินเหนียวถูกจำลองด้วยวัสดุแบบเทรสกาในสภาพไม่ระบายน้ำ ผิวสัมผัสระหว่างดินเหนียวและกำแพงกันดินถูกจำลองให้เป็นการเชื่อมต่อแบบไม่มีแรงดึง การจำลองสภาพการวิบัติด้วยวิธีไฟไนต์อิลิเมนต์ใช้หลักการลดทอนกำลัง ผลการวิเคราะห์ถูกนำเสนอในรูปแผนภูมิแสดงความสัมพันธ์ระหว่างตัวเลขเสถียรภาพ (Nc) กับพารามิเตอร์ไร้มิติที่เป็นอัตราส่วนของ ระยะฝังของกำแพง (D) ความกว้าง (B) ความยาว (L) และความลึกงานขุด (H) รวมถึงกำลังรับแรงเฉือนแบบไม่ระบายน้ำของดินเหนียว (Su) ผลการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่า (1) ค่าตัวเลขเสถียรภาพสูงขึ้นเมื่ออัตราส่วนระหว่างระยะฝังของกำแพงและความลึกงานขุด (D/H) และอัตราส่วนระหว่างกำลังรับแรงเฉือนแบบไม่ระบายน้ำของดินชั้นที่สองและดินชั้นที่หนึ่ง (Su2/Su1) มากขึ้น (2) ค่าตัวเลขเสถียรภาพลดลงเมื่ออัตราส่วนระหว่างความกว้างงานขุดและความลึกงานขุด (B/H) และอัตราส่วนระหว่างความยาวงานขุดและความกว้างงานขุด (L/B) มากขึ้น

本研究针对双层黏土中的垂直开挖工程，采用现浇钢筋混凝土挡土墙（cast-in-place reinforced concrete retaining wall）作为支护结构，以抵御土体因侧涌效应涌入开挖面的失稳风险。由于挡土墙后方土体提供的侧向承载能力不足，本研究借助Optum G3软件，基于三维有限元（Finite Element）极限分析方法开展相关研究。研究中将挡土墙与黏土均离散为三维实体单元，黏土分为上下两层：上层黏土的厚度为地表至开挖面的深度，下层黏土则分布于开挖面以下；挡土墙采用刚性（rigid）材料本构模型，黏土则采用不排水条件下的特雷斯卡（Tresca）本构模型。土与挡土墙的接触面设置为无抗拉连接模式，本次有限元失稳工况模拟采用能量耗散原理进行。本次分析结果以图表形式呈现，展示了稳定数Nc（stability number Nc）与各无量纲参数的关联关系，这些参数包括挡土墙嵌入深度（D）、开挖宽度（B）、开挖长度（L）、开挖深度（H），以及黏土的不排水抗剪强度（undrained shear strength，Su）。分析结果表明：（1）稳定数Nc随挡土墙嵌入深度与开挖深度之比（D/H）以及下层与上层黏土不排水抗剪强度之比（Su2/Su1）的增大而升高；（2）稳定数Nc随开挖宽度与开挖深度之比（B/H）以及开挖长度与开挖宽度之比（L/B）的增大而降低。