MECHANICAL PROPERTIES OF PHRA WIHAN SANDSTONE UNDER SUBZERO TEMPERATURE

บทคัดย่อ

วัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้เพื่อศึกษาคุณสมบัติเชิงกลศาสตร์ของหินทรายภายใต้อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์องศา หินทรายชนิดนี้จัดอยู่ในชุดหมวดหินพระวิหารซึ่งมักพบได้ในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย  ตัวอย่างหินรูปทรงกระบอกที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 54 มิลลิเมตร ได้จัดเตรียมโดยการตัดด้วยเครื่องตัดเพื่อให้ได้ความยาวตามที่กำหนด (L/D = 0.5 สำหรับการทดสอบแรงดึงแบบบราซิล L/D = 2.5 สำหรับการทดสอบแรงกดในแกนเดียว และ L/D = 2.0 สำหรับการทดสอบแรงกดในสามแกน) การทดสอบได้ดำเนินการกับตัวอย่างในสภาวะที่แห้งและอิ่มตัวด้วยน้ำภายใต้อุณหภูมิตั้งแต่ 25 ถึง -40 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ตัวอย่างหินรูปทรงลูกบาศก์ที่มีขนาด 26´26´26 ตารางมิลลิเมตร ถูกจัดเตรียมขึ้นเพื่อตรวจวัดผลกระทบของการขยายตัวของน้ำในช่องว่างระหว่างวัฏจักรการแข็งตัวและการละลายตัว ผลการทดลองชี้ให้เห็นว่าแรงดึงและแรงกดภายใต้สภาวะแห้งและอิ่มตัวด้วยน้ำเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิลดลงเนื่องจากตัวอย่างภายใต้อุณหภูมิต่ำมีพลังงานเชิงความร้อนสะสมในตัวอย่างระดับต่ำกว่าตัวอย่างหินภายใต้อุณหภูมิสูง ด้วยเหตุนี้จึงทำให้ตัวอย่างหินดังกล่าวสามารถรับพลังงานเชิงกลได้มากขึ้นและสามารถพัฒนาความเค้นให้สูงขึ้นก่อนเกิดการวิบัติ ผลกระทบของอุณหภูมิต่อความแข็งของหินในสภาวะอิ่มตัวด้วยน้ำมีแนวโน้มสูงกว่าตัวอย่างหินในสภาวะแห้ง หลังจากอุณหภูมิลดต่ำกว่า -5 องศาเซลเซียส กำลังรับแรงดึงและแรงกดมีแนวโน้มเพิ่มเมื่ออุณหภูมิลดลง เนื่องจากความแข็งของน้ำแข็งในช่องว่างมีค่าสูงขึ้น ค่าพารามิเตอร์ความแข็งอันได้แก่ค่าความเค้นยึดติด (c) และมุมเสียดทานภายใน (f) ตามเกณฑ์การวิบัติของคูลอมบ์มีค่าเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิลดลง ค่าคงที่ "m" ตามเกณฑ์การวิบัติของฮุกและบราวน์มีค่าลดลงตามการลดลงของอุณหภูมิ ในสภาวะที่อิ่มตัวด้วยน้ำนั้นแรงยึดระหว่างน้ำแข็งและเม็ดหินทรายสามารถเพิ่มความแข็งของหินได้ อุณหภูมิจะมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นของหินที่อิ่มตัวด้วยน้ำเมื่อตัวอย่างหินอยู่ภายใต้อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์องศา พารามิเตอร์ความแข็งที่คำนวณได้จากผลการทดสอบของตัวอย่างหินในสภาวะแห้งและอิ่มตัวด้วยน้ำภายใต้อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์องศาสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการประเมินเสถียรภาพเชิงกลศาสตร์ของมวลหินระหว่างการขุดเจาะโดยการใช้เทคนิคการกราวด์ฟรีซซิ่ง