19267

2173 دكتري

دكتري

خاك و پي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

هفده، 152ص. : مصور، جدول، نمودار

1402/12/12

كتابنامه

مهندسي عمران

مهندسي عمران

1402/12/13

23020070

امروزه، استفاده از روش تثبيت ميكروبي خاك (MICP) به¬عنوان روشي سازگار با محيط¬زيست با وجود هزينه مواد لازم و اجراي بالا بسيار مورد توجه محققين ژئوتكنيك قرار گرفته است. اين درحالي¬است كه يكي از ايرادات اين روش توليد گازهاي مضر همچون آمونياك و دي¬اكسيد كربن مي¬باشد. بنابراين در پژوهش حاضر، با معرفي محيط¬كشت ضايعاتي جديد در مرحله اول و سپس معرفي روش جديد تركيبي ميكروبي-بايوپليمري PG-MICP، تلاش گرديد كه مشكلات اجرايي اين روش به¬گونه¬اي كه در سطح وسيع بياباني قابل اجرا باشد مورد بحث و بررسي قرار گيرد. در اين راستا در ابتدا، محيط¬كشت معمول باكتريايي با تركيب بايوپليمر ويناس و سه بايوپليمر ديگر، به¬عنوان جايگزين مناسب محيط¬كشت عمومي نوترينت¬براث و اوره معرفي گرديد. سپس با مقايسه هزينه¬اي محيط¬كشت¬هاي مختلف، ملاحظه گرديد كه محيط¬كشت حاوي ويناس و اوره با وجود كاهش 100 برابري هزينه، توانايي تكثير باكتري اسپروسارسينا پاستوري را از 109 در هر ميلي¬ليتر از محيط¬كشت عمومي به مقدار 1011 داشته و فاز سكون باكتري با بكارگيري محيط¬كشت جديد نسبت به بكارگيري محيط¬كشت عمومي مذكور 16 ساعت افزايش يافته است.در واقع اين ويژگي يعني افزايش زمان مرحله سكون موجب فراهم نمودن زمان كافي جهت انتقال مواد ميكروبي به محل اجراي پروژه مي¬شود. در ادامه مقادير دقيق محيط¬كشت بهينه معرفي شده جديد جهت حصول تعداد حداكثر باكتري رشد¬يافته، فعاليت اوره¬آزي و نهايتا بررسي مقاومتي خاك براساس طرح آزمايش تاگوچي در مقدار 10درصد ويناس و 5/1 درصد اوره با درنظر گرفتن 20ساعت زمان انكوباسيون بهينه گرديد. در مرحله دوم از تحقيق انجام شده، جهت حذف مرحله زمان¬بر و پرهزينه تزريق مواد بايو-شيميايي، به معرفي و استفاده از بايوپليمر كندرهاكننده و سازگار با محيط¬زيست صمغ هيدروكلوئيدي فارسي‌ در كنار روش MICP جهت تثبيت خاك¬هاي سست بياباني پرداخته و مزاياي بكارگيري روش تركيبي بهينه حاصل مورد ارزيابي قرار گرفت. مقادير دقيق اين صمغ و حجم محلول¬هاي بايوشيميايي در دو طرح تاگوچي متفاوت در ابتدا جهت حصول بالاترين مقادير پارامترهاي مقاومتي و سپس جهت حصول دوام كافي خاك سست تثبيت¬يافته در برابر فرسايش آبي و بادي بطور توام مشخص گرديد. براساس نتايج حاصله ديده شد كه بكارگيري محلول صمغ فارسي با غلظت 10 ميلي¬گرم در ميلي¬ليتر در كنار حجم محلول¬هاي باكتريايي و سمنتاسيون معادل 5/1 برابر حجم حفرات، مقدار زاويه اصطكاك و چسبندگي خاك را به¬ترتيب از 6/29 درجه و 2/1 كيلوپاسكال به 2/41 درجه و 5/251 كيلوپاسكال افزايش داده-است . در عين حال با بكارگيري محلول صمغ فارسي با غلظت كمتر 8 ميلي¬گرم در ميلي¬ليتر در كنار حجم محلول¬هاي باكتريايي و سمنتاسيون كمتر معادل 3/1 ميزان دوام خاك در برابر فرسايش حاصل از بارش باران مصنوعي و باد به بيش از 95 درصد رسيد. در جهت رفع ديگر مشكلات اين روش از جمله كاهش ميزان توليد گازهاي سمي، درنهايت طرح بهينه حاصل از بررسي دوام خاك جهت بررسي ميزان گازهاي سمي خروجي مورد بررسي قرار گرفت و ديده شد كه روش مذكور توانايي جذب گازهاي خروجي سمي را تا ميزان 20 برابر از خود نشان مي¬دهد.

Today, the use of the soil microbial stabilization method (MICP) as an environmentally friendly approach has garnered significant attention from geotechnical researchers, despite the associated costs of necessary materials and its high performance. However, one drawback of this method is the production of harmful gases such as ammonia and carbon dioxide. In the present research, a new waste culture medium was introduced in the first phase, followed by the introduction of a new combined microbial-biopolymer method (PG-MICP). The aim was to address implementation challenges and make the method applicable in a wide desert area. Initially, a bacterial culture medium, combining Vinasse biopolymer and three other biopolymers, was proposed as a suitable alternative to the general nutrient broth and urea culture medium. Comparing the costs of different culture mediums revealed that the vinasse and urea-containing medium could multiply bacteria Sporosarcina pasteurii from 109 colonies per milliliter in the general culture medium to 1011, despite a 100 times reduction in cost. Additionally, the resting phase of the bacteria increased by 16 hours compared to the general culture medium, allowing sufficient time for the transfer of microbial materials to the project site. In the second stage, to eliminate the time-consuming and expensive step of injecting bio-chemical materials, a biopolymer compatible with the environment, Persian hydrocolloid gum, was introduced along with the MICP method to stabilize loose desert soils. The optimal amounts of the gum and the volume of biochemical solutions were determined through Taguchi designs, aiming to maximize resistance parameters and ensure durability against water and wind erosion. Results showed that using Persian gum solution with a concentration of 10 milligrams per milliliter, along with a bacterial solution and cementation volume equal to 1.5 times the volume of the holes, increased the friction angle and soil cohesion from 29.6 degrees and 1.2 kPa to 41.2 degrees and 251.5 kPa, respectively. Moreover, a lower concentration of 8 milligrams per milliliter Persian gum, along with a reduced volume of bacterial solutions and cementation equal to 1.3, achieved a durability of more than 95% against wind erosion. To address other issues, including reducing the production of toxic gases, the optimal plan derived from the study of soil durability was examined. It was observed that the proposed method has the capability to absorb toxic output gases up to 20 times.

محمدعلي روشن ضمير , مهدي ابطحي فروشاني

صبيحه سليمانيان زاد , عليرضا باغبانان

رسول اجل لوئيان , امين ازهري , حميد هاشم الحسيني