Triaxial Compression Test Compression Test.pdf · Lab 15: Triaxial Compression Test Asst.Prof.Chusak Kererat มาตรฐานการทดสอบทางวิศวกรรมปฐพ

1

Asst.Prof.Chusak Kererat

Soil Mechanics LaboratorySoil Mechanics LaboratorySoil Mechanics Laboratory

การทดสอบแรงอัดของดินแบบสามแกน

RajamangalaUniversity of Technology Rattanakosin Wang Klai Kangwong

Civil Engineering

ผูชวยศาสตราจารยชูศักดิ์ คีรีรัตน

มาตรฐานการทดสอบ ทฤษฎีการทดสอบ การแปลผลการทดสอบ การนําไปใชงาน

Lab 15:Lab 15: Triaxial Compression TestTriaxial Compression Test


มาตรฐานการทดสอบทางวิศวกรรมปฐพี

ASTM D 2850-95 Test Method for Unconsolidated-Undrained TriaxialCompression Test on Cohesive Soils.

ASTM D 4767-95 Test Method for Consolidated Undrained TriaxialCompression Test for Cohesive Soils.

2


ทฤษฎีการทดสอบ

การทดสอบแรงอัดของดินแบบสามแกน เปนการทดสอบหากําลังตานทานแรงเฉือน

ของดิน ท่ีมี สภาพใกล เ คียงกับดินตาม

ธรรมชาติมากที่สุด โดยสามารถปรับความดั นที่ บ ริ เ วณผิ ว ข อ งมวลดิ น ด า น ข า ง (Confining Pressure) ใหมีสภาพใกลเคียงกับดินตามธรรมชาติท่ีอยูลึกลงไปจาผิวดิน และสามารถควบคุมปริมาณน้ําที่ไหลเขาออกจาก

มวลดินไดสะดวก สามารถหาไดท้ังหนวยแรงรวม (Total Stress) และหนวยแรงประสิทธิผล (Effective Stress) ของมวลดิน



3





• During shear, the major principal stress, σ1 is equal to the applied axial stress (Ds = P/A) plus the chamber (confining) pressure,σ3

• The applied axial stress, σ1 -σ3 is termed the "principal stress difference" or sometimes the“deviator stress”

• The intermediate principal stress, σ2 and the minor principal stress, σ3 are identical in the test, and are equal to the confining or chamber pressure

σ1 =Δσ + σ3

σ1

σ3

σ2 = σ3

σ3

Δσ

4



τ

σσ3 σ2 σ1

Mohr ’s Envelope

Less Critical Mohr’s Circles

Critical Mohr’s Circle

1. การวิบัติมักอยูใน Plane ของ σ1 และ σ3

2. ลักษณะโครงสรางทางปฐพี

มักอยูในรูป Plane Strain คือมีการเคลื่อนตัวได 2 ทิศทาง เชน ถนน เข่ือน คลอง เปนตัน ดังนั้น ทิศทางของ σ2 จึงไมมีผลตอการวิบัติ



Proving Ring

Triaxial Cell

Loading Frame

5



ขั้นตอนการทดสอบแรงอัดแบบสามแกน

Saturation Stage

Consolidation Stage

Shearing Stage Back PressurePore Pressure

Cell Pressure



σc

ub

uo+Δu

Saturation Stage

Cell Pressure > Back Pressure เล็กนอย

B-value Determination, 95% u

Bc≥

σΔΔ

=

6



การเพิ่ม Back Pressure เปนการเพิ่มแรงดันน้ําใหกับตัวอยางทําให

ฟองอากาศถูกสลายตัวเขาผสมกับน้ํา

การเพิ่ม Cell Pressure ใหมากกวา Back Pressure ประมาณ 10 kPa เพื่อใหคา

Effective Stress เปลี่ยนแปลงนอยที่สุด (ตัวอยางถูกกระทบกระเทือนนอย

ท่ีสุด) และเปนคาบวกอยูตลอดเวลา (สภาพธรรมชาติ)

ทําใหคาแรงดันน้ําที่วัดไดมีความถูกตองมากยิ่งข้ึน

ผลของแรงดัน



σc

ub

uo+Δu

Consolidation Stage

Cell Pressure >> Back Pressure

Excess Pore Water Pressure = 0

เพื่อจําลองดินใหเหมือนสภาพในสนามและสภาพใชงาน

เพื่อทําลาย Residual Pore Pressure (ur)

7



σc

ub

uo+Δu

Shearing Stage

การทดสอบแบบไมระบายน้ํา (Undrained Compression) สามารถวัดคาแรงดันน้ําได

การทดสอบแบบระบายน้ํ า (Drained Compression) คาแรงดันน้ําเทากับศูนย

Deviator Stress



Unconsolidation

Consolidation

Consolidation

Undrained

Undrained

Drained

CD Test

UU Test

CU Test

8



Unconsolidated – undrained (UU) triaxial test



Consolidated – undrained (CU) triaxial test

9



Consolidated – drained (CD) triaxial test



10



Pore Pressure Parameters

Y

Δσ1

Δσ3

Δu = ?

A simple way to estimate the pore pressure change in undrained loading, in terms of total stress changes ~ after Skempton (1954)

[ ])( 313 σσσ Δ−Δ+Δ=Δ ABu

Skempton’s pore pressure parameters A and B



For saturated soils, B ≈ 1.

A-parameter at failure (Af)

For normally consolidated clays Af≈ 1.

B-parameter

B = f (saturation,..)

Af = f(OCR)

For heavily overconsolidated clays Af is negative.

11



ใชเวลานานในการทดสอบจึง

นิยมใชกับดินทรายหรือดินท่ี

ระบายน้ําไดดี

c′, φ ′, E , ΔVดินทราย, ทรายแปง และ ดินเหนียว

Consolidated Drained Triaxial Test (CD-Test)

เปนวิธีการทดสอบมาตรฐาน

ของ Triaxial Test• cu , φu สําหรับดินอิ่มตัว และถาวัดแรงดันน้ําในตัวอยางดิน จะได

c′, φ ′, Δu , E , ν

ดินบดอัด, ดินทราย, ทรายแปง และ ดินเหนียว

Consolidated Undrained Triaxial Test (CU-Test)

ดินเหนียว, ทรายแปง และดินเหนียวบดอัดท่ีไมอิ่มตัว

ดินบดอัด, ดินทราย, ทรายแปง และดินเหนียว

ดินเหนียว, ทรายแปง โดยเฉพาะดินเหนียวอิ่มตัว

ประเภทดินท่ีเหมาะสม

ไมสามารถแทนสภาพการอัด

ตัวคายน้ําของช้ันดินท่ีอิ่มตัว

ได

• cu สําหรับดินเหนียวอิ่มตัว (φ = 0)• cu , φu สําหรับดินบดอัดไมอิ่มตัว

Unconsolidated Undrained Triaxial Test (UU-Test)

• ไมทราบสภาพการเกิดแรงดันน้ําในมวลดิน

• ระนาบวิบัติถูกบังคับ

ประมาณ Cohesion (c)ประมาณ Friction Angle (φ)

Direct Shear Test (DS)

ไดคาประมาณของ Cohesion โดยไมสามารถทราบมุมเสียด

ทานภายใน

Su , Cu และ SensitivityUnconfined Compressive Strength Test (UCS)

ลักษณะเฉพาะคาท่ีไดชนิดการทดสอบ



เสนทางของหนวยแรง (Stress Path)

Stress Path คือ เสนทางที่แสดงการเปลี่ยนแปลงของหนวยแรงในมวลดินแสดงไดดวยเสนและลูกศรที่ลากผานจุดยอดของวงกลมมอร

Stress Path ยังคงใหขอมูลที่เทียบเทาการเขียนวงกลมมอรแตจะแสดงไดงายกวาเพราะไมตองเขียนวงกลมหลายวงตอเนื่องกันและยังคงเปลี่ยนกลับมาเขียนวงกลมมอรได

งาย พัฒนาขึ้นโดย Lambe and Whitman (1969)

12



ความสัมพันธของ p, q (จุดยอดของวงกลมมอร) และ σ1, σ3

ขอดีของ Stress-Path1. งายตอการติดตามการเปลี่ยนแปลงของหนวยแรงในมวลดิน จากสาเหตุตางๆ2. สามารถทราบพฤติกรรมและประวัติของดินจากรูปรางของ Stress-Path3. สามารถจําลองสถานการณของอาจเกิดข้ึนในมวลดินและนํามาทดสอบเพื่อ

คาดการณในหองทดลองได



13



1

2

3

4

Path 1 Compression loadingσ3 = const., σ1 = increase

Path 2 Extension loadingσ3 = increase , σ1 = const.

Path 3 Compression unloadingσ3 = decrease , σ1 = const.

Path 4 Extension unloadingσ3 = const. , σ1 = decrease


การแปลผลการทดสอบแรงอัดของดินแบบสามแกน

การเตรียมตัวอยางดินเหนียว

นําตัวอยางดินคงสภาพ ซึ่งอาจหอหุมเทียนหรือเพิ่งเอาออกจากกระบอกเก็บตัวอยางมาตัดแตงใหเปนรูปทรงกระบอก ซึ่งโดยปกติความสูงตองเปนสองเทาของขนาดเสนผาศูนยกลาง

14



การเตรียมตัวอยางดินทราย



การติดตั้งตัวอยางดินใน Triaxial Cell

นําตัวอยางดินมาวางบน

ฐานรอง

นํากระดาษกรอง มาพันรอบตัวอยางดิน

นําปลอกยางครอบ

ตงัอยางดิน

ติดตั้งแผนหินพรุน หมวกกด และรัดดวย O-Ring

ตัวอยางทีต่ิดตั้งเสร็จ

เรียบรอยแลว

เอกครอบแกวสวมครอบ

ตัวอยางดิน

15



การใสปลอกยาง (Rubber Membrane) ใหกับตัวอยางดิน



ข้ันตอนการทดสอบ

1. ข้ันตอนการทําใหตัวอยางดินอิ่มตัว (Saturation)

σcub

Back PressureCell Pressure

95% u

Bc≥

σΔΔ

=

16



2. ข้ันตอนการอัดตัวคายน้ํา (Consolidation)

σcub

Cell Pressureเพิ่ม Confining Pressure 3 คา

σc มากกวา ub



3. ข้ันตอนการกดตัวอยาง (Shearing)

นํา Triaxial Cell มาตดิตั้งกับเครื่องกด

เลื่อน Piston ใหสมัผัสกบัผิวของ Top Cap

ปรบัให Dial Gauge ตรงกบัขีดเลนศูนย

เพิ่มแรงกดในแนวดิง่จน

ตัวอยางวบิตัิ

นําตัวอยางออกจาก Triaxial Cell

นําตัวอยางไปชั่ง และอบแหง

17



C′,φ′ เมื่อ Δu = 0C′,φ′ เมื่อ Δu = 0CD Test

ดินบดอัดอิ่มตัว

Cu และ φหรือ C′,φ′ และΔu เมื่อวัดความดันน้ํา

ดินอิ่มตัว

Cu และ φu

หรือ C′,φ′ และΔu เมื่อวัดความดันน้ํา

CU Test

ดินบดอัดไมอิ่มตัว

Cu และ φu

ดินเหนียวอิ่มตัว

Cu และ φ = 0

UU Test

ดินบดอัดดินธรรมชาติชนิดของการทดสอบ

พารามิเตอรที่ไดจากการทดสอบแรงอัดแบบสามแกน



18



Consolidation Drained



Unconsolidated Drained

19



Unconsolidated Undrained



20



• การเก็บรักษาตัวอยางดินอยางไมระมัดระวังทําใหเกิดการกระทบกระเทือนตัวอยาง

สูญเสียความชื้น

• การเตรียมตัวอยางที่ไมระวังกอนการทดสอบ ทําใหเกิดการกระทบกระเทือน

• การทําฉลากปายชื่อตัวอยางไมชัดเจนทําใหเกิดการสลับตัวอยาง

• ไมมีตัวอยางดินสํารองใหเลือกไดเพียงพอจะใหเกิดความสม่ําเสมอชุดตัวอยาง

• ทดสอบตัวอยางโดยมีพิจารณาจากลักษณะชั้นดินจากการเจาะสํารวจ

• ไมมีการทําใหดินอิ่มตัวอยางเหมาะสมกอนการทดสอบ CU หรือ CD Test

• ใชอัตราการกดตัวอยางไมเหมาะสม หรือ เร็วเกินไปที่จะเปน Drained Test

• จัดทําตัวอยางขึ้นมาใหมแทนตัวอยางเดิมที่เสียคุณภาพไปแลว โดยไมคํานึงถึง

สภาพธรรมชาติของตัวอยางในชั้นดิน

ความผิดพลาดที่ทําใหผลการทดสอบไมถูกตอง


การนําไปใชงาน

21





22


ดูวีดีโอแสดงขั้นตอนการทดสอบ และการกรอกขอมูล

Documents

Triaxial Compression Test Compression Test.pdf · Lab 15: Triaxial Compression Test Asst.Prof.Chusak Kererat มาตรฐานการทดสอบทางวิศวกรรมปฐพ