توصيفگر ها :
فرآيند رسوب كلسيت ناشي از فعاليت ميكروبي , تزريق زيستي , ستون ماسهاي , محلول سمنتاسيون , اثرات زيستمحيطي , طرح تاگوچي
چكيده فارسي :
روشهاي مختلفي براي بهسازي خاك وجود دارد كه از بين اين روشها، ميتوان تزريق مواد شيميايي و بيولوژيكي را نام برد. تزريق مواد شيميايي مانند سيمان و آهك علاوه بر اثرات سمي، اغلب پرهزينه است. مواد بيولوژيكي به دليل سازگاري با محيطزيست اخيرا به طور گسترده استفاده شده و نتايج مطلوبي داشتهاست. در تحقيق حاضر، از فرآيند رسوب كلسيت ناشي از فعاليت ميكروبي(MICP) كه يكي از بهترين روشهاي بهسازي بيولوژيك خاك ميباشد، استفاده شدهاست. در اين روش، پس از تزريق محلول باكتري، محلول تثبيت و سمنتاسيون به خاك تزريق ميشود و سبب رسوب كلسيت ميشود، به اين ترتيب خصوصيات خاك بهبود چشمگيري پيدا ميكند. در اين مطالعه، تأثير بهسازي بيولوژيك بر روي ظرفيت باربري و مدول برشي مورد ارزيابي قرار گرفتهاست. براي انجام اين تحقيق، از خاك رس با پلاستيسيته بالا و ماسه ريزدانه استفاده شدهاست. باكتري مورد استفاده در اين مطالعه باسيلوس پاستوري ميباشد. در اين تحقيق، براي ارزيابي ظرفيت باربري، آزمايشهايي بر روي ستونهاي ماسهاي بهسازي شده به روش بيولوژيكي انجام شد. متغير اول، نسبت طول به قطر ستون(L/D) است كه با سه مقدار 2، 5/2 و 3 مشخص شد. متغير دوم، نحوه تزريق در نظرگرفتهشد كه به سه صورت تزريق همه محلولها به فاصله يك ساعت، مخلوط كردن محلول باكتري و تزريق محلولهاي ديگر و سطح آخر تزريق محلول سمنتاسيون به فاصله 16 ساعت از محلول تثبيت انجامشد. متغير سوم، غلظت محلول سمنتاسيون ميباشد كه برابر با 5/0، 1 و 5/1 در نظر گرفتهشد. براي بارگذاري بر روي ستونهاي تكي از يك پي صلب دايرهاي با قطر 5 سانتيمتر استفاده شدهاست. طراحي آزمايش به روش تاگوچي(TODE) بوده و در نهايت با آناليز تاگوچي بهينهترين حالت بهدست ميآيد. با توجه به نتايج آزمايش، ميتوان بيان كرد كه مخلوط كردن باكتري سبب خروج باكتري از ستون و كاهش ظرفيت باربري ميشود. بهينهترين حالت با توجه به آناليز تاگوچي، مربوط به نسبت طول به قطر(L/D) 3، تزريق محلول سمنتاسيون با فاصله زماني 16 ساعت و غلظت 5/1 مولار محلول سمنتاسيون بهدستآمد. با توجه به حالت بهينه در ستونهاي تكي، گروهستونها با دو آرايش مربعي و مثلثي مورد ارزيابي قرارگرفتند. با توجه به مطالعات پيشين، فاصله بين ستونها ثابت و برابر با D 5/2 در نظر گرفتهشد. براي بارگذاري از يك پي صلب مربعي به عرض 18*18 سانتيمتر استفادهشد و در نهايت بهينهترين حالت گروهستون با آرايش مربعي بهدستآمد. براي ارزيابي مدول برشي، آزمايش مقاومت فشاري محدود نشده انجام شد كه مدول برشي نمونه بهسازي نشده برابر با 96/0 مگاپاسكال و در نمونه بهسازي شده برابر با 65/31 مگاپاسكال بهدستآمد كه با توجه به افزايش 38 برابري مدول برشي نمونه بهسازي شده با تزريق زيستي نسبت به نمونه بهسازي نشده ميتوان نتيجهگرفت كه استفاده از تزريق زيستي سبب افزايش مدول برشي ميشود.
چكيده انگليسي :
There are various methods for soil improvement, among which the injection of chemical and biological materials can be mentioned. The injection of chemical materials such as cement and lime, in addition to toxic effects, is often costly. Due to environmental compatibility, biological materials have recently been extensively used and have had favorable results. In the present study, the microbial induced calcite precipitation (MICP) process, which is one of the best methods of biological soil improvement, has been utilized. In this method, after injecting the bacterial solution, the cementation and fixation solutions are injected into the soil, which results in calcite precipitation, thus greatly improving the soil properties. In this study, the effect of biological improvement on bearing capacity and shear modulus was evaluated. For this research, high plasticity clay and fine sand were used. The bacteria used in this study is Bacillus pasteurii. In this research, tests were performed on biologically improved sand columns to evaluate bearing capacity. The first variable is the column length to diameter ratio (L/D), which was specified with three values of 2, 2.5 and 3. The second variable is the injection method, which was considered in three ways: injecting all solutions at one hour intervals, mixing the bacterial solution and injecting other solutions, and injecting the cementation solution 16 hours after the stabilization solution. The third variable is the concentration of the cementation solution, which was considered to be 0.5, 1 and 1.5 molar. A circular rigid foundation with a diameter of 5 cm was used to load the single columns. The test design was Taguchi design of experimental(TDOE) method and finally the optimum condition is obtained by Taguchi analysis. According to the test results, it can be stated that mixing bacteria causes the bacteria to escape from the column and reduces the bearing capacity. The optimum condition according to Taguchi analysis belongs to L/D ratio of 3, injection of cementation solution with 16 hours time interval and 1.5 molar concentration of cementation solution. Considering the optimum condition in single columns, group columns with square and triangular arrangements were evaluated. According to previous studies, the distance between the columns was kept constant at 2.5D. A square rigid foundation 18×18 cm wide was used for loading and finally the optimum condition of the column group with a square arrangement was obtained. To evaluate shear modulus, unconfined compressive strength testing was conducted. The untreated soil sample had a shear modulus of 0.096 MPa. The treated soil sample had a shear modulus of 31.65 MPa. This represents a 38 times increase in the shear modulus of the treated sample compared to the untreated sample. It can be concluded that the use of biologic injection leads to an increase in shear modulus.