การศึกษาการแตกของคันดินเนื่องจากน้ำไหลล้นข้างโครงสร้างทางชลศาสตร์โดยใช้แบบจำลองทางกายภาพ

Abstract

ABSTRACT This research aims to study embankment breach from an overtopping flow where breach locations are near hydraulic structures. A Physical model was used to simulate embankment breach with various downstream slopes including 1:1, 1:1.5 and 1:2. There are three breach locations which were near the hydraulic structure (X1), in the middle of the embankment (X3), and between X1 and X3 (X2). Embankment density was controlled at 1.4-1.7 g/cm3 and compaction water content would not exceed 20%. In this experiment, water was released to flow over the embankment until no erosion occurs. Volumes of soil erosion and phenomena were then investigated using 3-dimensional modeling. The results showed that under the same embankment slope and discharge, the soil erosion volumes at X1, X2 and X3 were in the ranges of 13.14-19.89% for the slope of 1:1, 17.32-23% for the slope of 1:1.5, and 18.30-23.83% for the slope of 1:2, respectively. These results indicate that the volume of soil loss does not relate to the breach locations. The breaching typically occurs at the toe of embankment together with the surface erosion of the embankment at all study locations. The toe erosion causes headcut erosion until the breach is stable. In the first state, however, the vertical erosion at X1 was significantly higher than that of the X3. Keyword: Embankment breach, Physical model, Lateral erosion, Overtopping flowบทคัดย่อ บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการพังทลายของคันดินจากน้ำไหลล้นตลิ่ง โดยศึกษาตำแหน่งการแตกที่อยู่ใกล้กับโครงสร้างทางชลศาสตร์ การวิจัยนี้เลือกใช้แบบจำลองทางกายภาพเพื่อจำลองการถูกกัดเซาะของคันดินภายใต้ความลาดชันของคันดิน 1:1, 1:1.5 และ 1:2 โดยวางตำแหน่งของการแตกไว้ 3 ตำแหน่ง ประกอบด้วย บริเวณใกล้กับโครงสร้างทางชลศาสตร์(X1), บริเวณกึ่งกลางของความกว้างคันดิน (X3) และบริเวณระหว่างตำแหน่ง X1 และ X3 (X2) คันดินที่ใช้ทดสอบมีความหนาแน่นอยู่ในช่วง  1.4 – 1.7 g/cm3 โดยควบคุมความชื้นในดินของการบดอัดไม่เกิน 20 เปอร์เซ็นต์ ทำการทดสอบโดยปล่อยให้น้ำไหลล้นช่องแตกและปล่อยให้เกิดการกัดเซาะคันดินจนไม่มีการเปลี่ยนแปลงของคันดิน จากนั้นทำการวิเคราะห์หาปริมาณดินและพฤติกรรมของการกัดเซาะที่เวลาต่างๆ กันโดยแบบจำลอง 3 มิติ ผลการศึกษาปริมาตรคันดินที่ถูกกัดเซาะพบว่า ที่ความลาดชันคันดินและอัตราการไหลเดียวกันปริมาตรของดินที่ถูกกัดเซาะที่ตำแหน่งต่างๆ มีผลใกล้เคียงกัน โดยจะอยู่ในช่วงร้อยละ 13.14-19.86, 17.32-23 และ 18.30-23.83 สำหรับต่อความลาดชัน 1:1,1:1.5 และ 1:2 ตามลำดับ ผลการศึกษาพบว่าปริมาตรดินที่ถูกกัดเซาะไม่ได้ขึ้นกับตำแหน่งของการเกิดช่องแตก และกระบวนการแตกของคันดินที่ตำแหน่งต่างๆ จะเหมือนกันโดยเริ่มจากการกัดเซาะที่บริเวณท้ายคันดินร่วมกับการหลุดลอกของผิวคันดิน การกัดเซาะที่ด้านท้ายคันดินก่อให้เกิดการกัดเซาะแบบตัดแนวดิ่งตามมาจนคันดินแตกเป็นช่อง จากนั้นคันดินจะเกิดการขยายตัวในแนวราบเป็นช่องขนาดใหญ่จนกว่าการแตกจะเสถียร แต่ในการเกิดช่วงแรก การกัดเซาะในแนวดิ่งที่ตำแหน่ง X1 มีแนวโน้มเกิดขึ้นรุนแรงกว่าตำแหน่ง X3 อย่างมีนัยสำคัญ คำสำคัญ: การแตกของคันดิน แบบจำลองทางกายภาพ การกัดเซาะด้านข้าง การไหลล้นคันดิน