توصيفگر ها :
بهسازي خاك ماسهاي , تثبيت ميكروبي خاك , ماسه ساحلي چمخاله , بهسازي بيولوژيكي , مقاومت فشاري تكمحوره , آزمايش برش مستقيم , آزمايش نفوذپذيري , آزمايش المانخمشي
چكيده فارسي :
در شرايط كنوني، تغييرات آب و هوايي و شرايط زيستمحيطي يكي از چالشهايي است كه جهان امروز با آن مواجه است. افزايش جمعيت و نيازهاي انسانها به منابع، سبب شده است بهسازي و تثبيت زمينهاي نامرغوب بيش از هر زمان ديگري مورد توجه قرار گيرد. استفاده از روشهاي سنتي علاوه بر هزينه فراوان در مرحله تثبيت خاك، تاثيرات منفي بر محيط زيست ميگذارند. يكي از روشهاي نوين به عنوان جايگزيني براي روشهاي سنتي، استفاده از ميكروارگانيسمها و ايجاد رسوبات كلسيمكربنات در بين ذرات خاك به جهت بهسازي خواص مكانيكي و مقاومتي خاك ميباشد. افزايش چسبندگي و افزايش مقاومت فشاري خاك از نتايج ايجاد رسوبات كلسيمكربنات در بين ذرات خاك ماسهاي ميباشد. با توجه به نياز به بررسي تاثير بهسازي بيولوژيكي بر خاكها، در اين پژوهش تاثير بهسازي بيولوژيكي به صورت موردي بر روي خاك ماسه ساحلي چمخاله به عنوان خاك مسئلهدار مورد بررسي قرار گرفته است.مطابق با مطالعات پيشين به منظور كشت باكتري در محيطكشت با مواد مغذي از محيطكشت ويناس و اوره و باكتري مورد استفاده در اين پژوهش باتوجه به بهترين نوع عملكرد در بين ميكروارگانيسمها، باكتري اسپوروسارسيناپاستوري ميباشد. جهت شناسايي اوليه و آزمايشات ميكروبي از آزمايش گرم مثبت استفاده شده است، توانايي هيدروليز اوره در محيط كشت و همچنين عدم ايجاد آلودگي نيز مورد ارزيابي قرار گرفته است.آماده سازي و اضافه كردن محلول سمنتاسيون به نمونهها با دو روش غرقآبي و تزريق چندمرحلهاي انجام شده است. از آزمايش برش مستقيم در زمانهاي عمل آوري 8، 14 و 21 روزه جهت بررسي تاثير بهسازي بيولوژيكي بر ميزان چسبندگي و همچنين تغيير زاويه اصطكاك داخلي استفاده شده است. آزمايشات نشان ميدهند كه با افزايش زمان عملآوري و همچنين استفاده از دستگاه گرمكن جهت ايجاد قوام در دماي 80 درجه ميزان چسبندگي خاك از 67/0 كيلوپاسكال در نمونه بهسازي نشده به 67/173 كيلوپاسكال در بهسازي به روش غرقآبي و 33/184 كيلوپاسكال در بهسازي به روش تزريق چندمرحلهاي با زمان عملآوري 21 روزه افزايش مييابد، همچنين زاويه اصطكاك داخلي از 21/32 درجه در نمونه بهسازي نشده، به مقادير 7/40 درجه در نمونه بهسازي شده به روش غرقآبي و 62/42 درجه در نمونه بهسازي شده به روش تزريق چندمرحلهاي با زمان عملآوري 21 روزه افزايش مييابد. جهت بررسي ميزان تغييرات مقاومت فشاري خاك از آزمايش سه محوره در شرايط محصور شده با فشار نرمال 50، 100، 150 كيلوپاسكال بر روي ماسهي بهسازي نشده و همچنين آزمايش مقاومت فشاري تك محوره در شرايط عمل آوري 14 و 21 روزه در شرايط بهسازي شده استفاده شده است. نتايج حاصل از آزمايشات افزايش 32/3 و 88/4 برابري مقاومت فشاري تكمحوري در نمونههاي بهسازي شده را در مقايسه با نتايج حاصل از آزمايش مقاومت فشاري سهمحوري با فشار محصور شده 50 كيلوپاسكال نمونههاي بهسازي نشده را نشان ميدهند.تغييرات ميزان نفوذپذيري خاك نيز در شرايط بهسازي نشده و همچنين بهسازي شده با زمان عملآوري 21 روزه مورد آزمايش و بررسي قرار گرفته است و مشخص شده است كه با بهسازي نمونه خاك، نفوذپذيري تا 7/3 برابركاهش مييابد. تغييرات سرعت موج برشي و همچنين ميزان توزيع رسوبات كربناتكلسيم در خاك توسط آزمايش المان خمشي مورد بررسي قرار گرفته است. در پايان جهت بررسي تشكيل رسوبات كربناتكلسيم در بين ذرات خاك از آزمايش تصويربرداري الكتروني (SEM) و آزمايش پراش اشعه ايكس (XRD) استفاده شده است.
چكيده انگليسي :
Current global challenges, including climate change and environmental concerns, coupled with increasing population and resource demands, have brought the improvement and stabilization of problematic lands into sharper focus. Traditional soil improvement methods, while effective, are often costly and have detrimental environmental impacts. As a novel alternative, the use of microorganisms to induce calcium carbonate precipitation (MICP) within soil particles has emerged as a promising technique for enhancing soilʹs mechanical and strength properties. Specifically, this process is known to increase both the cohesion and compressive strength of sandy soils.This research presents a case study investigating the efficacy of biological improvement on Chamkhaleh coastal sand, a problematic soil type. Consistent with previous studies, Sporosarcina pasteurii was selected as the bacterium of choice due to its superior performance among microorganisms, and a cost-effective culture medium comprising vinasse and urea was utilized. Initial identification and microbial assessments involved Gram staining, and the bacteriumʹs ability to hydrolyze urea in the culture medium, as well as the absence of contamination, were thoroughly evaluated. Sample preparation and the addition of the cementation solution were carried out using two distinct methods: soaking and multi-stage injection. Direct shear test results, conducted after 8, 14, and 21 days of curing, demonstrated significant improvements. With increased curing time and the application of heat (80°C) to enhance consistency, soil cohesion dramatically rose from 0.67 kPa in the untreated sample to 173.67 kPa via the soaking method and 184.33 kPa via the multi-stage injection method (after 21 days of curing). Concurrently, the internal friction angle increased from 32.21 degrees in the untreated sample to 40.7 degrees with the soaking method and 42.62 degrees with the multi-stage injection method (after 21 days of curing).Further investigations, utilizing uniaxial and triaxial compressive strength tests, revealed substantial increases in compressive strength. Uniaxial compressive strength in the improved samples showed a 3.32 to 4.88-fold increase when compared to the results of the triaxial compressive strength test on untreated samples (under 50 kPa confining pressure). Furthermore, soil permeability in improved conditions (after 21 days of curing) decreased by up to 3.7 times. Changes in shear wave velocity and the distribution of calcium carbonate precipitates within the soil were also analyzed using the bender element test. Finally, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) were employed to meticulously examine the formation and characteristics of calcium carbonate precipitates among the soil particles.
