Font : Tahoma    

สมหวัง  วิทยาปัญญานนท์

20  พฤษภาคม  2550

การออกแบบความลาดเอียง

Slope Design

1.  เนื้อหา

       - บทนำ

       - ปัญหาเสถียรภาพความลาดเอียงทั่วๆ ไป

       - เสถียรภาพความลาดเอียง

       - การวิเคราะห์ความชัน

       - การปรับปรุงแก้ไขความชัน

 

2.  บทนำ (Introduction)

       ความลาดเอียงหรือความชันมีอยู่ทั่วไป บางครั้งก็เป็นหิน เป็นดิน เป็นทราย  บ้างก็เกิดจากความชันตามธรรมชาติ ได้แก่เชิงเขา ไหล่เขา ขอบตลิ่งแม่น้ำ สันดอนแม่น้ำ บ้างก็เกิดจากมนุษย์เสริมเติมแต่งจากธรรมชาติ  เช่นการทำเหมือง การขุดตัดทางผ่าช่องเขา  การขุดสระ   การขยายทะเลสาบ  การขุดตัดตามชายทะเล  การขุดลอดดูคลอง  และบางอย่างมนุษย์ก็สร้างขึ้นมาเองทั้งหมดได้แก่  กองมูลดินทรายจากการทำเหมืองดีบุก  การทำสันเขื่อน  การทำคันดินตามไหล่ขอบทางถนน   การถมเปลือกดินจากการทำเหมืองถ่านหิน  การถมที่ทำพื้นที่ปลูกสร้างอาคารโรงงานบ้านเรือน  การทำสันเขื่อนผนังกั้นน้ำท่วม

       นอกเหนือจากดินหินทรายแล้ว  การกองแกลบ กองท่อนไม้  กองขยะ กองเศษวัสดุขยะต่างๆ แร่ธาตุต่างๆ ก็เป็นหลักการเดียวกันกับความชัน

       ปัญหาของความลาดเอียงก็คือ การพังทลาย การล่วงหล่นของวัสดุ บางครั้งยิ่งใหญ่เป็นถึงภัยพิบัต เช่น โคลนตม ภูเขาถล่ม เลื่อนไถลลงมาทำความเสียหายทั้งหมู่บ้านซึ่งอาจเรียกว่าเป็น แผ่นดินเลื่อนไกล (Land slide) ทางภาคใต้ของไทยเราเช่น นาสาร พิปูน กระทูน คีรีวง ก็เคยเกิดแผ่นดินถล่ม จากน้ำท่วมภาคใต้ ภาคอื่นๆ ก็มีแผ่นดินถล่ม เช่นกัน

       การเรียนรู้และศึกษา ให้เข้าใจ จะทำให้ได้รู้ และหาทางป้องกันหรือออกแบบป้องกัน หรือสามารถควบคุม เตือนภัยได้ จะได้หลบหลีกได้ทันท่วงที หรือหลีกเลี่ยงการอยู่ การทำงานบนพื้นที่เสี่ยงต่อการพัง หรืออยู่ในทิศทางที่ขวางทางการถล่มพังทะลาย

 

3.  ความลาดชัน (Introduction to Slopes)

       การคิดถึงความมั่นคงหรือเสถียรภาพความลาดเอียง จากการทำของมนุษย์ หรือจากธรรมชาติแรง เป็นสิ่งที่วิศวกรเหมืองแร่ วิศวกรโยธา และวิศวกรธรณีเทคนิค จะต้องให้ความสำคัญมาก เพราะเกี่ยวข้องกับอันตราย ความปลอดภัย ภัยพิบัติ และความเสียหายต่อชีวิตและทรัพย์สิน

       เมื่อมีการสร้างถนนไฮเวย์ ทางรถไฟ คูคลองระบายน้ำ การทำเหมือง และการขุดต่างๆ หนีไม่พ้นต้องเกี่ยวข้องกับความลาดเอียง

ชนิดความลาดเอียง  (Types of   Slope)

-          ความลาดเอียงธรรมชาติ  (Natural Slopes)

-          ความลาดเอียงจากการขุด (Excavated Slopes)

-          ความลาดเอียงขุดถม (Embankments and Earth Dams)

ชนิดของการเคลื่อนตัว (Classification for Mass Movement)

-          การร่วงหล่น (Falls)

-          การเลื่อนไถล (Slides)

-          การไหลถล่ม (Flows)

3.1        ความลาดเอียงธรรมชาติ  (Natural Slope)

ความลาดชันที่มนุษย์ไม่ได้สร้างขึ้น ความลาดชันธรรมชาติมีดังนี้

-  มีกระบวนการสร้างความลาดเอียงมาอย่างยาวนาน และปัจจุบันก็ยังคงมีอยู่

-  มีกระบวนการสร้างช่วงสั้นๆ แล้วเสร็จไปเลย แต่ก็มีอยู่บ้างเล็กน้อย

       วิศวกรธรณีเทคนิค จะต้องรู้สาเหตุการเกิด โครงสร้างของความลาดเอียง ว่าเป็นรูปแบบไหน ชั้นดินเป็นอย่างไร จะได้มาใช้ในการวิเคราะห์ความลาดเอียง

3.2        ความลาดเอียงจากการขุด (Excavated Slope)

ความลาดเอียงจากการขุดนั้นต้องให้ความสนใจต่อแรงดันน้ำใต้ดิน (Pore water Pressure) ที่มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามกาลเวลา การสังเกตและทดสอบ กำลังต้านแรงเฉือนภายใต้แรงดันน้ำที่มีผลต่อความแข็งแรงความลาดเอียงในช่วงเวลาสั้นๆ

           การขุดต้องระวัง เพราะดินจะพังทลายง่ายกว่าความชันที่เกิดการถมเป็นคันดิน

3.3        ความลาดเอียงขุดถม (Embankment)

การถมดินเป็นคันความลาดเอียง  ถูกขุดมาถมและบดอัดจนแน่น ทำให้ฐานรากแข็งแรงขึ้น  เพื่อให้สามารถต้านทานแรงดันน้ำ ที่จะขับภายในคันดินที่ถมเป็นคันล้อมรอบไว้

           การทำคันดิน ในระยะแรกแฟกเตอร์ความปลอดภัยจะสูง และจะลดลงตามกาลเวลา เนื่องจากน้ำจะซึมเข้ามาจนอิ่มตัวในคันดิน ดังนั้นจะต้องทำให้ความซึมได้ของคันดินต่ำ

          ความมั่นคงของคันดินถม จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของดินด้านการต้านต่อการเฉือน ซึ่งแตกต่างกันไปตามชนิดดินและวิธีการบดอัดถม

3.4        ความลาดเอียงการสร้างเขื่อนดิน (Earth Dams)

ต้องมีการสำรวจดินก่อนการวางแผนการก่อสร้าง ว่าจะต้องขุดตัดและถม (Cut and Fill) ที่ไหน อย่างไร ใช้วัสดุ ดิน หิน อะไร คุณสมบัติเป็นอย่างไร และปริมาณเท่าไร

           โครงสร้างเขื่อนดิน ไม่ใช่ทำเป็นเนื้อเดียวกันหมด ต้องทำเป็นโซนๆ  เอาพวกความซึมต่ำไว้เป็นแกนกลาง (Soil Core) วัสดุอื่นๆ โปะไว้รอบข้าง แล้วหุ้มเปลือกด้วยหินก้อนเรียงปิดทับกันน้ำเซาะ (Rip – Rap) ด้านที่ต้องปะทะกับน้ำปกติแล้ว มักจะออกแบบให้มีระบบระบายน้ำภายในเขื่อนด้วย

          การพังทลายของเขื่อนดินก็มีทั้งด้านปะทะน้ำ และด้านนอกที่เก็บกักน้ำ ดังนั้นต้องพิถีพิถันเรื่องการออกแบบความลาดเอียงด้วยการออกแบบที่แฟกเตอร์ความปลอดภัยสูงมากๆ ก็จะเปลืองต้นทุนการก่อสร้าง

          การพังทะลายอาจเกิดจากการกัดกร่อนภายใน ความลาดเอียงที่สันยอดเขื่อน และการกัดเซาะฐาน ทำให้เขื่อนหกคะมำลงมา (Over – topping)

          การออกแบบแฟกเตอร์ความปลอดภัย (Factors of  Safety) ของการออกแบบเขื่อนคันดิน

(1)                       ดูที่ความลาดเอียงด้านสัมผัสรับน้ำ ให้ดูที่การขังเก็บน้ำเต็มที่ และช่วงที่ระดับน้ำในเขื่อนลดลงอย่างรวดเร็ว

(2)                       ดูที่ความลาดเอียงด้านตรงข้าม ให้ดูที่ขังเก็บน้ำเต็มที่ และช่วงมีน้ำซับไหลออกคงที่ ขณะเก็บน้ำเต็มที่เช่นกัน

          บางครั้งการติดตั้งตัววัดความดันน้ำ (Piezometer) ติดตั้งเป็นระบบ เพื่อจะวัดแรงดันน้ำของจริง เทียบกับที่ออกแบบว่าแตกต่างกันแค่ไหน จะกระทบต่อแฟกเตอร์ความปลอดภัยจนเป็นนัยสำคัญหรือเปล่า

3.5        การร่วงหล่น  (Falls)

ทั้งหินและดินมีโอกาสที่จะร่วงหล่นมาใส่คน เครื่องมือ เครื่องจักร โดยเฉพาะความลาดชันที่ชันมากๆ และสูงมาก

               การร่วงหล่นนี้จะเป็นอิสระ เลื่อนไถลมาตามพื้นความลาดเอียง จนกว่าจะหยุดยั้งที่ใดที่หนึ่ง บางครั้งก้อนหินก้อนดิน ก็สัมผัสดินเล็กน้อย แต่หนักไปทางกระเด็น กระโดด กระโดน การหยุดยั้ง การไหลร่วงหล่น มักจะไปหยุดที่ตีนความลาดเอียง บางที่ก็ค้างไป บางทีก็ไปปะทะกับดันดินกันการเลื่อนไถล หรือไปหยุดที่เครื่องมือ เครื่องจักรอาคาร

           การร่วงหล่น บางครั้งก็แค่ก้อนเดียว  แต่บางครั้งก็มาเป็นกลุ่มก้อน ( Debris)

         การร่วงหล่นของหินดินช่วงหล่น เกิดจาก

-          แรงจากน้ำหนักตามแรงดึงดูดของโลก ชนะแรงด้านการเฉือนที่ผิวสัมผัส

-          แรงกระทำต่อความลาดเอียง ที่เกิดจาก คลื่นกระแทก การกัดกร่อนของแม่น้ำ การขุดโดยไม่ระมัดระวังที่ทำให้เกิดการขุดตัดฐาน หรือขุดตัดเซาะฐานรองรับจนเกิดหน้างานแขวนลอยกลางอากาศ

-          การพัฒนาการที่ทำให้สูญเสียความแข็งแรงที่หน้าผาที่มีหินตั้งเป็นบล็อก แตกๆ หัก ๆ จนถึงจุดหนึ่งทรงตัวอยู่ไม่ได้ ก็หกคะมำลงมา (Toppling)

-          เกิดจากแรงกระทำของน้ำที่อยู่ตามรอยแตกระหว่างหินเพิ่มขึ้นจนเกิดแรงดันมาก การอุดตันทางออกที่ระบายน้ำออกจากรอยแตก ที่เกิดจากน้ำแข็งตัว หรือวัสดุไหลมาอุดตัน

-          จากอุณหภูมิแตกต่างมาในพื้นที่แห้ง จะทำให้หินเปิดและปิดรอยแตก จากการยืดตัวขยายตัว หดตัว พัฒนาแตกหักเป็นเศษหิน หลุดร่วงลงมา หรือไหลไปอุดตาน้ำ

-          จากแรงสั่นสะเทือนของแผ่นดิน ที่อาจเกิดจาก แรงระเบิด การเคลื่อนตัวของเครื่องจักรกล ยานพาหนะ แผ่นดินไหว

3.6        การเลื่อนไถล (Slides)

การเลื่อนไถลนั้นวัสดุจะสัมผัสเป็นพื้นที่ขณะการเลื่อนไถลตลอดเวลา

การเลื่อนไถล เกิดจาก

-          รอยแตกหักของหินที่ถูกแรงดันน้ำในรอยแตก ที่อาจเกิดในช่วงรอยแตกตัดกัน(intersecting joint-plane) หรือตามแนวชั้นหิน (Bedding Plane) สั่งนี้ทำให้เกิดทั้งหินร่วงหล่นและการเลื่อนไกล

-          เกิดจากแรงเฉือนที่เกิดขึ้นภายในหินหรือดิน รับแรงไม่ไหวในแนวระนาบที่จะเลื่อนไถล ซึ่งอาจเป็นรูปโค้งหรือรูปแบนก็ได้

-          โคลนไหล (Mudslide) บางครั้งเกิดจากฝนตกหนักๆ จนน้ำอิ่มตัว แล้วไหลออกจากเนื้อดินไม่ทัน จนเกิดการเกาะตัวเองไม่อยู่ จากดินแข็งก้อนกลายเป็นเหนียวนุ่ม เหลวไหลได้

3.7        การไหลถล่ม (Flows)

การไหลของปริมาตรก้อนหิน จากหน้าความลาดชันเกิดจากภายในเนื้อดิน มากกว่าความอ่อนแอด้านพื้นที่สัมผัสในความลาดชัน

แรงยึดเหนี่ยวในดินเหนียว นั้นเป็นวัสดุยึดเหนี่ยว (Cohesive Clay Soil) หากความชื้นมากกว่าขีดจำกัด ก็จะไหลตัวได้ ให้สังเกตเวลาเอาดินเหนียวขุดมานวดให้น้ำ  ก็จะอ่อนตัวปั้นได้ หากใส่น้ำมากก็จะเหลวเป็นโคลนขึ้นรูปทรงไม่ได้

          หากเป็นดินร่วนเป็นกรวด จะไม่มีแรงยึดเหนียวระหว่างเม็ด (Non-Cohesive granular soils) ก็อาจไหลได้ในขณะดินแห้งอยู่  หากชันมากๆ  และเกินมุมทรงตัว ส่วนใหญ่มักเป็นดินร่วน ดินทราย หินก้อนเล็กๆ หลวมๆ

          โคลนไหล (Mudflow) สามารถเลื่อนไหลได้ที่มุมเอียงที่น้อยกว่า 1 องศา และบางครั้งเคลื่อนที่ความเร็วสูงมากถึง 10-1,000 เมตร/นาที

 

4. ทำไมความชันจึงพัง (Introduction to slope Instability)

        ความชันที่วิบัต พิบัติ พังทลายนั้น มีหลายรูปแบบแบ่งออกเป็น ตามรูปแบบการเลื่อนไถลพังทลาย ดังนี้

(1)           การหมุน (Rotational)

   แบ่งออกเป็น

   -  รูปโค้งวงกลม (Circular) เกิดกับเนื้อดินในความลาดเอียง เนื้อสม่ำเสมอ (Homogeneous soil)

   -  รูปโค้งไม่กลม (Non-Circular) มักเกิดกับความลาดเอียงที่เนื้อไม่สม่ำเสมอ (Non –  homogeneous soils)

(2)           การไหลเป็นระนาบ (Translational)

       มักเป็นการเลื่อนไถลตามแนวระนาบที่ขนานไปกับความลาดเอียง มักเกิดจากชั้นบนที่ทับบนความลาดเอียงตื้นไม่ถึงตีนความลาดเอียง

       (3)  ผสมระหว่างการหมุนและการไถล (Compound)

              เกิดขึ้นทั้งการหมุน และการไถลตามระนาบ มักเกิดจากชั้น

       ดินที่อยู่ใต้ความลาดเอียง อยู่ลึกไปจากตีนความลาดเอียง

 

5. การวิเคราะห์เสถียรภาพความลาดเอียง (Slope Stability Analysis)

พารามิเตอร์

        สิ่งที่ต้องพิจารณาในการประเมินเสถียรภาพความลาดเอียงดังนี้

-          การตรวจดูเนื้อดิน (Ground Investigation)

-          ค้นหาระนาบที่คาดว่าจะพังมากที่สุด (Most Critical Slip Surface)

-          รอยแตกจากแรงดึง (Tension Cracks)

-          ความลาดเอียงที่จมน้ำ (Submerged Slopes)

-          แฟกเตอร์ความปลอดภัย (Factor of  Safety)

-          เสถียรภาพความลาดเอียงทั้งระยะยาว และระยะสั้น (Long and Short-Term Stability)

-          พารามิเตอร์เกี่ยวกับกำลังความแข็งแรง (Effective or Total Stress parameter)

-          การวิบัติที่กำลังเคลื่อนอยู่ (Progressive Failure)

-          พื้นผิววิบัติที่กำลังจะเคลื่อน (Pre Existing Failure Surfaces)

-          สมมุติฐานการสมดุลด้านแรงต้านการพังทลาย (Assumption in Limit Equilibrium)

วิธีการวิเคราะห์

(1)           ดินที่เป็นเม็ด (Granular Soils)

       ใช้วิธี แรงยึดเหนี่ยวเป็นศูนย์ (The C ≤ 0 Method)

(2)           ดินที่เป็นดินละเอียดยึดเหนี่ยว (Cohesive Soils)

-          วิธีผิวระนาบโค้ง (Circular Failure Surface) มีดังนี้

·       วิธีธรรมดา (The Basic Idea)

·       วิธีแผ่นประกอบ (Method of Slices)

·       วิธีเฟลเลเนียส (Fellenius’ Method)

·       วิธีบีสชอป (Bishops’s  Method)

-          วิธีผิวที่ไม่เป็นระนาบโค้ง (Non-Circular Failure Surface)

·       วิธีจันบู (Janbu’s Method)

·       วิธีอินไฟไนต์ (Infinit Slope Method)

·       วิธีใช้ชาร์ต (Stability Charts)

5.1        การตรวจดูเนื้อดิน (Ground Investigation)

การวิเคราะห์ความลาดเอียงที่มีอยู่ และพื้นที่รองรับความลาดเอียงด้วย การเจาะสำรวจลงในความลาดเอียงที่จะต้องหาข้อมูลด้าน ชั้นดิน ความชื้น ระดับน้ำใต้ดิน วัสดุที่เป็นชั้น พลาสติก ตามรอยเฉือน

การติดตั้งหลอดวัดความดันน้ำ ( Piezometer tubes) เพื่อวัดการเปลี่ยนของระดับน้ำใต้ดิน ในแต่ละช่วงเวลา

การเจาะสำรวจอาจรวมถึง

-  การทดสอบในพื้นที่และห้องปฏิบัติการ (in-site and Laboratory test)

-  ภาพถ่ายทางอากาศ

-  การศึกษาแผนที่ธรณี และคุณสมบัติดินที่มีโอกาสทำให้พังได้ง่าย

-  ตรวจสอบและเฝ้าสังเกตุความลาดเอียงเป็นระยะๆ

        5.2  ระนาบที่คาดว่าจะพัง (Most Critical Failure Surface)

            ในดินที่มีเนื้อสม่ำเสมอ ที่ไม่มีผลกระทบจากรอยเลื่อน (Faults) หรือชั้นดิน (Bedding) มีชั้นผิวระนาบโค้งที่จะวิบัติอยู่ลึกก็จะมีแนวโน้ม วิบัติและรูปโค้งในลักษณะหมุน

          การทดลองวงกลมแห่งการหมุน (Trial Circles) อาจทำได้โดยวิธี

-          ใช้วงกลมที่มีรัศมีแตกต่างกัน ที่จุดศูนย์กลางเดียวกันในการหมุน แล้วพลอตหาแฟกเตอร์ความปลอดภัย (FoS) ในแต่ละวงกลม แล้วหาจุที่ FoS ต่ำสุด

-          วิธีการนี้จะต้องทดลองหลายๆ วงกลม โดยการวางกริด เป็นจุดศูนย์กลางวงกลม แล้วคำนวณ

-          ในแต่ละจุดศูนย์กลางก็จะหา FoS ต่ำสุด

-          ดูทุก FoS ต่ำสุด ทั้งชั้นความลาดเอียงเล็กๆ และดูความลาดเอียงทั้งหมด

5.3        รอยแตกจากแรงดึง (Tension Cracks)

แรงดึงจะอยู่บนความลาดเอียง หากน้ำหนักความลาดเอียงจะเคลื่อนลง แต่ส่วนหนึ่งดึงรั้งกันไว้ ตรงจุดที่จะไปกับจุดที่จะอยู่กับที่ มาพบกันที่จุดรอยแตกตรงนั้น มักเอาจุดนี้เป็นจุดคำนวณ บางครั้งก็คำนวณว่า มีน้ำอยู่ในรอยแตกจากแรงดึงด้วย

5.4        ความลาดเอียงที่จมน้ำ (Submerged Slopes)

น้ำที่อยู่ในอ่าง จะกระทำต่อความลาดเอียง แรงดันจะกระทำต่อความลาดเอียง การคิดแรงกระทำของน้ำเท่ากับในเขื่อนที่กระทำในแนวราบและแนวดิ่ง จะต้องนำมาคิดคำนวณในการวิเคราะห์ความลาดเอียงด้วย

5.5        แฟกเตอร์ความปลอดภัย (Factor of Safety)

การออกแบบความลาดเอียงจะต้องเลือกแฟกเตอร์ความปลอดภัยโดยต้องเอากำลังเฉือนของดินมาพิจารณา สำหรับน้ำหนักกดทับเหนือระนาบที่วิบัตินั้นคำนวณได้ไม่ยาก จากน้ำหนัก โดยคำนวณจากปริมาตรและความหนาแน่น ที่ไม่ค่อยซับซ้อนมากนัก

ข้อพิจารณาด้านแฟกเตอร์ความปลอดภัยมีดังนี้

 

FoS

สภาพความปลอดภัย

< 1.0

1.0          – 1.25

1.25 – 1.4

 

 

> 1.4

ไม่ปลอดภัย

ความปลอดภัยที่ยังก้ำกึ่งอยู่

มักใช้ในความลาดเอียงขุดและถมแต่ยังไม่น่าจะเพียงพอสำหรับงานเขื่อน และความความลาดเอียงที่มีโครงสร้างซับซ้อน

มักใช้ในงานเขื่อน

 

       หากมีกำลังภายนอกมากระทำต่อความลาดเวียง ไม่ว่าจะเป็นคลื่นสั่นสะเทือน ระดับน้ำในเขื่อนลดลงอย่างรวดเร็วจนความดันน้ำในความลาดเอียงอัดแน่น เนื่องจากระบายไม่ทัน จะมีแรงกระทำมาก

การใช้เครื่องจักรกลหนักกระทำบนความลาดเอียง มักใช้ FoS = 1.2 – 1.25

5.6        เสถียรภาพความลาดเอียงทั้งระยะยาว และระยะสั้น (Long and Shorts Term Stability)

การวิเคราะห์ความลาดเอียงต้องพิจารณาว่าเป็นความลาดเอียงว่าเป็นเชิงระยะสั้นหรือระยะยาว ระยะสั้นคืองานชั่วคราว งานหน้าเหมือนที่ต้องขุดไปเรื่อยๆ ถนนชั่วคราว งานขุดวางฐานราก และค่อยกลบภายหลังสำหรับงานระยะยาวได้แก่ ถนนขนส่งหลัก สันเขื่อน ไหล่ตลิ่ง ชายน้ำ ที่ต้องปลูกบ้าน คันกั้นน้ำท่วมริมแม่น้ำ

 

 

 

 

 

 

เงื่อนไข

การขุด

การถมคันดิน

เงื่อนไขเสถียรภาพสูงสุด

สิ้นสุดการก่อสร้าง (ระยะสั้น)

ระยะยาว

เงื่อนไขวิกฤติสูงสุด

ระยะยาว

สิ้นสุดการก่อสร้าง (ระยะสั้น)

 

5.7        พารามิเตอร์เกี่ยวกับกำลังความแข็งแรง (Effective or Total Stress  Parameters)

(1)           ระยะสั้น

ดินที่มีความซึมได้ต่ำ เช่นดินเหนียว (Low Permeability soil) เรามักใช้เงื่อนไขระบายน้ำไม่ออก (Undrained) ในการใช้สภาวะของกำลังแรงเฉือนที่แรงยึกเหนี่ยว

ดินวัสดุที่ซึมง่าย (Free Draining Materials) เช่น กรวด ทราย เราจะใช้เงื่อนไขระบายน้ำดี (Drainage) ในการคำนวณ ทั้งแรงยึดเหนี่ยว และแรงเสียดทาน

(2)           ระยะยาว

มักใช้เงื่อนไขระบายน้ำได้ตลอด (Drained Stage) ทั้งแรงยึดเหนี่ยว และแรงเสียดทาน

5.8        การวิบัติที่กำลังเคลื่อนอยู่ (Progressive Failure)

มักจะเกิดพื้นระนาบวิบัติ ตัดผ่านชั้นวัสดุที่มีรอยแตก รอยแยก สะดวกที่รอยแตกจะพัฒนาไปยังจุดอ่อนแอ

5.9        พื้นผิววิบัติที่กำลังจะเคลื่อน  (Pre-existing Failure Surfaces)

หากมีความลาดเอียง แล้วมีที่กำลังจะเลื่อนไถลพังทะลาย ก็มีโอกาสที่ความวิบัติจะค่อยๆ พัฒนาเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และอาจเป็นพื้นที่ใหญ่ๆ ขึ้น หากมีอีกตัวที่มาตัดกัน

5.10 สมมติฐานการสมดุลด้านแรงต้านการพังทะลาย (Assumption in Limit Equilibrium)

ในการวิเคราะห์ความลาดเอียงด้วยวิธี Limit Equilibrium มีดังนี้

-  สมมติว่ากลไกการพังทะลาย มีรูปร่างและตำแหน่งพื้นผิวการพัง

สมมติว่าเป็นการใช้คำนวณแบบ 2 มิติ (Plane –Strain) ไม่คิด 3 มิติ แม้ว่าของจริงจะเป็นแบบ 3 มิติ แล้วหา FoS

- คิดว่าการเคลื่อนที่ของบล็อก (Block Movement) เป็นแบบแข็งมาทั้งก้อน ที่สัมผัสกับผิว      พื้นระบายการพังทลาย

- สมมติว่ากำลังเฉือนคงที่เท่ากันตลอด หน้าตัดขณะพังทะลายแม้นว่าของจริง จะไม่เท่ากันตลอดทั้งเส้นทาง การเคลื่อนที่

 

6. วิธีการวิเคราะห์ความลาดเอียง

6.1        ดินที่เป็นเม็ด (Granular Soils)

ใช้วิธีแรงยึดเหนี่ยวเป็นศูนย์ใช้ C=O Method  สมมติฐาน ความลาดเอียงแห้ง C=O

6.2        ดินที่เป็นเม็ดละเอียดยึดเหนี่ยว (Cohesive Soil)

6.2.1   วิธีผิวระนาบโค้ง

(1วิธีพื้นฐานธรรมดา (Basic Idea)

   ตั้งสมมติฐาน เป็นรัศมีความโค้งวงกลม รัศมี R  มีจุดศูนย์กลางการหมุนที่ O คิดว่าความลาดเอียงอิ่มน้ำอิ่มตัวเต็มที่ น้ำหนักที่ทับบนพื้นระนาบการพัง อยู่ที่ระยะห่างจากจุดศูนย์กลาง X เป็นแรงหมุนให้ความลาดเอียงพังทะลายในขณะที่ความต้านทานแรงเฉือน S ต้านทานอยู่ หากแรงกระทำมากกว่าความต้านทานแรงเฉือน จะพังทะลาย

(2) วิธีแผ่นประกอบ (Method of Slices)

   สมมติฐาน รัศมี R และมีจุดศูนย์กลางการหมุนที่ O แผ่นดินเหนียวระนาบการพัง จะถูกแบ่งเป็นชิ้นๆ แนวดิ่งแต่ละแผ่นห่างจากจุดศูนย์กลาง Xi  มีน้ำหนักของแต่ละตัว แต่ละชิ้นก็จะกระทำตามพื้นระนาบพังทะลายที่แผ่นชิ้นตัวเองทับอยู่แล้วคิดสะสม

(3)           วิธีเฟลเลเนียส (Fellenius’ method) เป็นวิธีที่พัฒนามาจากวิธีแผ่นประกอบ

(4)           วิธีบีสชอป (Bishop’s Method) เป็นวิธีที่พัฒนาจากวิธีแผ่นประกอบ เช่น

6.2.2  วิธีผิวที่ไม่เป็นระนาบโค้ง (Non-Circular Failure Surface)

(1)           วิธีจันบู (Janbu’s Method)

       เป็นการยากที่จะวิเคราะห์การพังทลายผิวที่เป็นระนาบโค้งเพราะยากที่จะหาว่าจุดหมุนผ่านอยู่ที่ไหน จันบูจึงหาวิธีแรงสมดุล โดยผ่านการพัฒนาจากทฤษฎีบีสชอป

(2)           วิธีอินไฟไนต์ (The infinite Slope Method)

       วิธีการนี้ใช้สมมติว่า การเลื่อนไกลยาวๆ โดยไม่มีผลการอิทธิพลที่หัวและตีนความลาดเอียงโดยคิดว่าแรงไปตามระนาบวิบัติ ขนานไปกับระดับพื้น

(3)           วิธีใช้ชาร์ต (Stability Charts)

   ใช้ Taylor’s Charts โดยคิดว่าดินสม่ำเสมอไม่ระบายน้ำ

   ใช้ข้อมูลแรงยึดเหนี่ยว (C)  แรงเสียดทาน (ø) ความหนาแน่น (r) ที่มุมความลาดเอียง (B) แรงความสูงความลาดเอียง (H) คำนวณหา

       N = C / (FrH)

   เมื่อ F เป็นแฟกเตอร์ความปลอดภัย

 

7. การปรับปรุงแก้ไขความลาดเอียง (Remedial/Corrective Measures for Failing Slopes)

            วิธีการปรับปรุงเสถียรภาพความลาดเอียง ให้มั่นคงแข็งแรงขึ้นมีดังนี้

-          เอาน้ำหนักกดทับที่ฐานความลาดเอียง (Loading the Toe) ออก

-          ปรับความเอียงความชัน (Reqrading the Slope)

-          ระบายน้ำออกมาจากความชื้น (Drainage Methods)

-          ฝังสมอดิน (Soil Anchors)

-          ปักแผ่นหนัง (Sheet Piling)

-          ใช้โครงสร้างค้ำยัน (Retaining structure)

-          ใช้แผ่นผ้าธรณีเทคนิค (Geotextiles)

-          ปลูกหญ้าคลุม (Grassing Over)

-          การพิจารณาเลือกวิธีการ (Which method should be used)

7.1        เอาน้ำหนักกดทับที่ฐานความลาดเอียง

วิธีนี้เหมาะสำหรับความลาดเอียงที่มีฐานอยู่ลึกๆ โดยเอาวัสดุมาถมทับเป็นตัวกดฐาน (Berm)  เพิ่มแรงต้านการหมุน

7.2        ปรับความเอียงความชัน

-          ทำให้มุมความลาดเอียงลาดชันน้อยลง

-          ลดความสูงของความลาดเอียงรวมทั้งหมดโดยมีภาพตัดขวางต่างๆ ส่วนใหญ่ไม่เปลี่ยนแปลง

-          ขนวัสดุจากยอดแล้วเอามาถมที่ตีนความลาด

7.3        ระบายน้ำออกมาจากความชัน

เป็นการยากที่จะค้นหาวิธีระบายน้ำ ที่มีประสิทธิภาพที่ดีที่สุดการระบายน้ำออกนิยมใช้สำหรับเสถียรภาพในระยะสั้นแต่ในระยะยาว ต้องมีระบบดูแลบำรุงรักษา ซ่อมแซมอย่างดีซึ่งยากที่จะดูและได้ดีในเชิงปฏิบัติ

การระบายน้ำที่ผิวดินระดับตื้น (Shallow / Surface Drains)

       -  วัตถุประสงค์ เพื่อลดน้ำไหลบ่าหน้าดิน ซึ่งจะส่งผลให้น้ำหรือความดันน้ำในความลาดเอียง (Pore water pressures) ที่ระดับลึกๆ ด้วย ซึ่งจะทำแบบก้างปลา มี 2 แบบคือ แบบ Herringbone และแบบ Chevron

การระบายน้ำที่ผิวดินระดับตื้น (Shallow / Surface Drains)

       เพื่อทำให้น้ำซับไหลออกมาจากความลาดเอียงโดย

-          การขุดร่องลึก (Deep Trenches)

-          ใช้บ่อระบายแนวดิ่ง (Vertical Bored drains) ที่ปิดด้วยชั้นกรวดทราย

-          ใช้ท่อระบายแนวราบ (Horizontal Bored drains) โดยใช้ท่อใส่เข้าไป

การระบายความดันน้ำในความลาดเอียงที่สร้าง (Drains to Eliminate Construction pore water pressures)

       มีวิธีการ 2 อย่างดังนี้

-          ใช้ประเก็นระบาย (Drainage Blankets) โดยใส่ชั้นพรุนน้ำซึมได้ อยู่ระหว่างซื้อวัสดุที่ทับถมเป็นความลาดเอียง

-          ใช้บ่อระบายแนวดิ่ง (Vertical Drain Wells) โดยใช้ทรายทับไว้

การระบายในดินเขื่อน (Drain in Dams)

       ซึ่งต้องใช้หลายๆ วิธี และมความรู้พิเศษ

7.4        การฝังสมอดิน

โดยการฝังสมอลงไปในดิน ให้ต่ำ/ลึกกว่าชั้นระนาบวิบัติที่ลึกลงไปในชั้นที่มั่นคง ไม่เคลื่อนไม่พัง  บ่อยครั้งที่ใช้วิธีการนี้ เพื่อเพิ่มความมั่นคงของความลาดเอียง

7.5        การปักแผ่นผนัง (Sheet Piling)

เป็นวิธีการที่ลงทุนแพงหน่อย ไม่ค่อยนิยมใช้กัน เว้นแต่จำเป็นจริงๆ และคุ้มค่า โดยการปักแผ่นผนังโลหะลงไปที่ตีนความลาดเอียงเป็นแนวยาว รับน้ำหนักการเลื่อนไถล

7.6        วิธีการใช้โครงสร้างค้ำยัน (Retaining Structures)

-          ไม่เป็นวิธีที่นิยมกัน

-          เป็นการยากที่สร้างให้ทันใช้งาน ที่ทันต่อการต่อต้านการฟัง

-          เราต้องคำนวณแรงที่กระทำต่อโครงสร้างเนื่องมาจากการพังของความลาดเอียง

-          ผนังควรเผื่อแรงกระทำจากเครื่องจักรกลด้วย

-          แรงของผนังค้ำยันที่กดยึด

7.7        การใช้แผ่นผ้าธรณีเทคนิค (Geo textiles)

-          ใช้แผ่นธรณีเทคนิค (Geo Textiles) เพื่อช่วยยึดดินให้แข็งแรง

-          ใช้แผ่นกริด (Geo Grids) ตามคันดิน เพื่อลดการเคลื่อนตัว

7.8        ปลูกหญ้าคลุม (Grassing Over)

การปลูกหญ้าจะช่วยลดการซึมน้ำลงดิน เป็นวิธีการง่ายๆ ไม่แพง รักษาหน้าดิน

7.9        วิธีไหนดีที่สุด

 

วิธีการ

หมายเหตุ

1. ปรับมุมเอียงและการทับฐาน

-  ส่งผลทันที

2. การระบายน้ำ

-  กรณีที่ไม่สามารถปรับมุมเอียงได้

-  มีผลมากในกรณีดินระบายน้ำได้ดี

-  ใช้เวลามากสำหรับดินเม็ดละเอียด (ยาก)

-  การระบายน้ำผิวดินเป็นสิ่งจำเป็น

3. การสร้างโครงสร้างลงไปในความลาดเอียง (เช่นตะปูตอก แผ่นผ้า

ธรณี กำแพงค้ำยัน

โครงสร้างที่ใช้อยู่มีตะปูและสมอดิน

-  กำแพงหรือแผ่นยันฐานความชัน

-  กำแพงต้านมักใช้ยันการเคลื่อนที่ หากไม่ต้องต้านการเคลื่อน ก็ไม่จำเป็น

 

 

8. บทส่งท้าย

        ความลาดเอียง มีความเกี่ยวข้องกับชีวิตประกันวันของมนุษย์ทุกคน ซึ่งอาจเป็นไหล่ถนน ริมคลอง ช่วงเขาที่ถนนตัดผ่าน  บ้านที่ตั้งอยู่บนเนิน บนความลาดเอียงตามไหล่เขา ถนนทางรถไฟ เขื่อนกั้นน้ำ บ่อสระน้ำที่ขุดตามท้องร่อง ลำธาร คลอง แม่น้ำ หน้าผาหิน การทำเหมืองแบบขั้นบันไดและหน้าผาลาด แหล่งท่องเที่ยวตามภูเขา การกองเศษวัสดุ กองหิน กองดิน กองทราย

       การวิบัติหรือพังทลายของความลาดเอียง บางครั้งเสียหายมาก เช่นโคลนถล่มหลังฝนตกหนัก ทำให้ทั้งหมู่บ้านพังทลาย ภายในชั่วข้ามคืน  แผ่นดินถล่มทำให้ถนนและทางรถไฟเสียหาย ไหล่คลองหนองน้ำทรุดตัว ทำให้บ้านเสียหาย หรือพังทรุดตัวลงมา

 

--------------------------------------------------

 

 

 

 

พุทธวิธีบริหาร
Buddhist Style in Management

กลับขึ้นบน