مهندسی عمران و محیط زیست (دانشکده فنی)
سال:1397 | دوره:48 | شماره:3 (پیاپی 92) |تعداد مقالات:11

جامدسازی آلاینده های فلز سنگین به عنوان یکی از روش های دفن آلاینده های زیست محیطی و ممانعت از انتقال آن ها شناخته شده است. در سال های اخیر در موضوع اندرکنش نانومواد و آلاینده های زیست محیطی تحقیقات محدودی صورت گرفته است، اما در زمینه فرایند اندرکنش آلاینده های فلز سنگین و نانوکپسول ها تحقیقات قابل توجهی انجام نشده است. هدف این تحقیق ارائه و توسعه روشی برای تولید نانوکپسول چند منظوره و تعیین قابلیت این نانومواد در جذب و نگهداری آلاینده های زیست محیطی است. برای دستیابی به این هدف، ابتدا به تولید دو نوع نانوکپسول پلیمری با روکش سیلیکاتی و نانوکپسول های باردار پرداخته شد. سپس قابلیت جذب آلاینده فلز سنگین توسط نانوکپسول های فوق مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است. در این پژوهش دو جاذب رسی کائولینیت و نانورس کلوزایت Na به عنوان نمونه شاهد انتخاب شده است. با انجام آزمایش های زیست محیطی شامل جذب اتمی، pH و تهیه تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM)، فرایند اندرکنش نانوکپسول های فراوری شده، نانورس کلوزایت Na و نمونه کائولینیت با آلاینده فلز سرب مطالعه شده است. بر اساس نتایج پژوهش حاضر نانوکپسول های پلیمری و نانو کپسول پلیمری باردار از طریق فرایند تبادل کاتیونی و کپسوله کردن آلاینده، به ترتیب قابلیت نگهداری بیش از 65% و 78% آلاینده فلز سنگین سرب را در غلظت cmol/kg-soil 100 داشته اند. در حقیقت قابلیت نگهداری آلاینده در نانوکپسول های پلیمری با روکش سیلیکاتی و پلیمری باردار به ترتیب بیش از 2 برابر و 6/2 برابر جاذب رسی کائولینیت کربنات دار بوده است. نتایج تحقیق حاضر حاکی از آن است که نانو مواد فوق قابلیت مناسبی در کاربرد به عنوان جاذب و جامدسازی آلاینده های فلز سنگین سرب را دارا می باشند.

مهم ترین مشخصه رفتار برشی خاک های سیمانه شده، تغییر رفتار آن ها از حالت شکننده مشابه سنگ در تنش های محصور کننده کم به حالت نرم مشابه خاک در سطوح تنش بیشتر می باشد. به خاطر تغییر حالت رفتار خاک سیمانه، استفاده از معیارهای گسیختگی که مخصوص سنگ یا خاک ها ارائه شده، برای این گونه مصالح همراه با محدودیت هایی می باشد. لذا در این پژوهش مقاومت برشی خاک های سیمانه شده به صورت تئوری و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. تمرکز این تحقیق بیشتر بر روی تغییر فاز رفتار خاک از حالت شکننده به حالت شکل پذیر بوده است. در این تحقیق برای بیان مقاومت برشی خاک سیمانه شده، از ترکیب منطقی دو معیار گریفیث و موهر-کولمب با استفاده از یک تابع حالت، معیار گسیختگی جدیدی ارائه شده است. معیار ارائه شده، در سطوح تنش کم رفتار سنگ مانند غیر خطی شکننده و در سطوح تنش زیاد رفتار خاک مانند خطی را می تواند به خوبی نشان دهد. تابع حالت استفاده شده برای بیان تغییر رفتار خاک از حالت ترد شکننده به نرم بر اساس مشاهدات آزمایشگاهی تعیین شده است. برای بررسی صحت و دقت معیار ارائه شده، از نتایج تحقیقات گذشته و نیز آزمایشات برش مستقیم انجام شده بر روی خاک سیمانه شده استفاده گردیده است. مقایسه نتایج معیار ارائه شده با آزمایشات انجام شده در این تحقیق و نتایج ارائه شده توسط محققین دیگر قابلیت کابرد این معیار برای خاک های دانه ای و ریزدانه دارای ساختار را نشان می دهد.

آرایش استرات ها در ارتفاع دیوارهای دیافراگمی در گودبرداری های عمیق، دارای محدودیت هایی برای تامین فضای اجرایی مناسب است. به منظور کاهش تغییر مکان افقی دیوار، از اعمال پیش تنیدگی به مهارها می توان استفاده کرد. در این مقاله اثر اعمال پیش تنیدگی به مهارهای فولادی بر رفتار دیوار دیافراگمی به منظور کاهش نشست خاک پشت دیوار ارزیابی گردیده است. تعدادی دیوار دیافراگمی با ارتفاع 20 متر و ضخامت 80 سانتی متر با عمق نهایی گود 12 متر به روش عددی تفاضل محدود مورد بررسی قرار گرفته است. دیوار دیافراگمی در سه نوع خاک ماسه ای، در سه تراز آب مختلف، تحت 3 حالت بدون پیش تنیدگی، 200 و 400 کیلونیوتن پیش تنیدگی مهار، مدل سازی گردیده که نتایج حاصل از 27 مدل ساخته شده بیان گر آن است که اعمال پیش تنیدگی به مهارها موجب تغییر مکان افقی دیوار در ناحیه غیر مدفون دیوار می گردد؛ اما بر جابه جایی افقی دیوار در نواحی عمیق دیوار چندان اثرگذار نیست. بررسی های پژوهش حاضر مشخص نمود که با افزایش مدول الاستیک خاک و بالا بودن تراز آب زیرزمینی، حداکثر تغییر مکان افقی دیوار از پای دیوار به اواسط دیوار منتقل می گردد و از همین رو در خاک های با مدول الاستیک بالا و اشباع، مهارها توانایی بهتری برای کاهش حداکثر تغییر مکان افقی دیوار دارند. از آنجا که کاهش حداکثر تغییر مکان افقی دیوار منجر به کاهش حداکثر نشست خاک می گردد؛ با افزایش مدول الاستیک خاک و تراز آب زیرزمینی اثرگذاری پیش تنیدگی مهارها بر کاهش حداکثر میزان نشست خاک تشدید می گردد. از این رو، روش اعمال پیش تنیدگی به مهارها به منظور کاهش نشست خاک پشت دیوار، مناسب خاک های با مدول الاستیک و تراز آب زیرزمینی بالاست.

شاخص تردی (شکنندگی) سنگ یکی از مهم ترین پارامترهای موثر بر حفاری های زیرزمینی به ویژه در حفاری با ماشین (TBM) به حساب می آید که محاسبه دقیق این پارامتر برای طراحی های ژئوتکنیکی بسیار مهم و کاربردی است. در این مقاله، شاخص تردی سنگ با استفاده از دو روش رگرسیون چند متغیره غیر خطی و همچنین درخت رگرسیون CART بر روی پایگاه داده شامل 48 ردیف داده ای از 30 پروژه تونل سازی مختلف پیش بینی شده است. این پایگاه داده ای بازه قابل قبولی از اعداد را در بر می گیرد که شامل مقاومت فشاری، مشاومت کششی و وزن مخصوص انواع مختلفی از سنگ ها است. علاوه بر مقاومت تک محوری سنگ، مقاومت کششی برزیلی و وزن مخصوص، جنس سنگ به عنوان پارامتر چهارم در ارائه معادله و توسعه درخت پیش بینی تردی سنگ لحاظ شده است. معادله پیشنهاد شده در این مطالعه دارای ضریب تشخیص 91/0R2= و درخت رگرسیون توسعه داده نیز دارای ضریب تشخیص 94/0 R2=است. با توجه به اعمال جنس سنگ به صورت کد عددی در پیش بینی ها مشاهده شد که اعمال این کد نه تنها باعث کاهش دقت در پیش بینی ها نمی شود، بلکه باعث افزایش آن و باعث درک بهتری از معادلات و روش های پیش بینی نیز می شود.

رودخانه تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند زمین شناسی منطقه، توپوگرافی دره رودخانه، خصوصیات مواد آبرفتی سیلاب دشت رودخانه، مشخصات هیدرولوژیکی حوضه آبریز، شرایط هیدرولیکی جریان و نیز نحوه بهره برداری بشر از آن، تمایل طبیعی به دستیابی به تعادل پویا دارد. طبیعت تغییرپذیری برخی از عوامل فوق سبب می گردد تا رودخانه حتی در کوتاه مدت و در بازه های مختلف آن همواره در معرض تغییر و تحول باشد. این تغییرات به ویژه در قوس رودخانه ها مشهودتر است. در مسیرهای قوسی وجود جریان حلزونی باعث فرسایش شدید ساحل خارجی، بخصوص در سواحل فرسایش پذیر می شود. یکی از روش های ساماندهی رودخانه ها در محل قوس ها استفاده از آبشکن ها است. در مطالعه حاضر از مدل عددی CCHE2D برای شبیه سازی الگوی جریان و رسوب در یک قوس 90 درجه ملایم، همراه و بدون حضور آبشکن های دارای طول معادل 20% عرض مجرای قوس، استفاده شد و تاثیر نفوذپذیری آبشکن ها بر الگوی رسوب گذاری و فرسایش مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از سه درصد نفوذپذیری 20%، 30% و 50% برای آبشکن ها استفاده شد. نتایج نشان می دهندکه با افزایش درصد نفوذپذیری آبشکن ها، بیشینه عمق آبشستگی و ارتفاع رسوب گذاری کاهش می یابد. به عنوان مثال حداکثر میزان فرسایش در آبشکن های با نفوذپذیری 50%، به ترتیب 09/13و 65/20 درصد نسبت به آبشکن های با نفوذپذیری 30% و 20% کاهش یافته است.

روش المان های مرزی به عنوان یکی از قدرتمندترین روش های عددی در مدل سازی پدیده های مهندسی مطرح می باشد در مقاله حاضر از این روش جهت بررسی چگونگی توزیع فشار هیدرودینامیک در مخزن دوبعدی سدی با هندسه دلخواه استفاده شده است. در این راستا معادله انتشار موج فشاری، معادله حاکم بر توزیع فشار هیدرودینامیکی با لحاظ اثرات تراکم پذیری آب داخل مخزن، به همراه شرایط مرزی مناسب در محیط مخزن حل گردیده است برای لحاظ اثرات جذبی ناشی از رسوبات کف مخزن از شرط مرزی مناسبی در این مرز استفاده شده است. روش به کار گرفته شده مبتنی بر یک روش نیمه تحلیلی به صورت ترکیبی از روش المان های مرزی و انتگرال های ویژه می باشد به طوری که حل پایه به گونه ای انتخاب گردیده که مستقل از فرکانس بوده و شرط مرزی در سطح آزاد مخرن را ارضاء نماید. نتایج به دست آمده گویای کارآیی روش پیشنهادی در برآورد فشارهیدرودینامیک در مخزن سد وزنی با شکل دلخواه مخزن می باشد. همچنین نتایج به دست آمده نشان دهنده اثرات کاهشی رسوبات کف مخزن بر توزیع فشار هیدرودینامیکی مخزن است.

توسعه تبریز به صورت کریدوری و به سمت شرق و شمال شرقی باعث شده تا ساخت و سازهای جدید بیشتر بر روی لایه های مارن صورت پذیرد و به علت افزایش ارتفاع ساختمان و عمق گودبرداری، شناخت بیشتر این لایه ها، ناگزیر می نماید. بررسی تحقیقات و مطالعات ژئوتکنیک پروژه ها نشان می دهد که شناخت کافی از مارن تبریز وجود نداشته و طبقه بندی آن بیشتر بر اساس رنگ مارن صورت می پذیرد. مارن های تبریز رسوبات کربناته دریاچه ای هستند که در نواحی شرقی، شمالی و جنوبی شهر برونزد داشته، در بیشتر نواحی تشکیل دهنده سنگ بستر بوده و در زیر رسوبات آبرفتی قرار دارند. این مطالعه تلاش دارد با انجام آزمایشاتی، حدود مشخصات پارامترهای مختلف این خاک ها را مشخص و نسبت به شناخت بیشتر آن و نشان دادن موقیت قرارگیری در میان تعاریف و طبقه بندی های خاک های کربناته در جهان اقدام نموده و این مقدمه ای باشد برای تعریف یک سیستم توصیف و طبقه بندی که خصوصیات بیشتری از این خاک را در برداشته و تعریف کامل تری از آن را ارائه کند. به این منظور حدود 80 نمونه از نقاط مختلف تبریز مورد آزمون قرار گرفت. این آزمون ها شامل حدود اتربرگ، وزن مخصوص، درصد رطوبت، تک محوری، برش و تحکیم برای اکثر نمونه ها و درصد کربنات کلسیم، مواد آلی، PH، پراش اشعه ایکس، پرتو ثانویه اشعه ایکس، گرما وزن سنجی و آزمون ژئوفیزیکی دان هول برای دسته ای از نمونه ها می باشد. این نتایج در نمودارها و جداول بررسی شده، پارامترهای مهم برای توصیف و طبقه بندی خاک تخمین و یک نام گذاری یکسان برای توصیف خاک های مارن دار تبریز پیشنهاد گردید.

در مقاله حاضر میدان جریان اطراف آبشکن های تیغه ای و T شکل با هدف مقایسه بین پارامترهای آماری و تحلیل طیفی در اطراف این آبشکن ها انجام شده است. نتایج این تحقیق نشان داد که همبستگی خوبی بین روش های به کار گرفته شده برای تعیین پدیده های حاکم در اطراف آبشکن ها وجود دارد. چرا که سرعت های میانگین گیری شرطی به همراه روش سهم پدیده های چهارگانه پدیده های چهارگانه نشان دهنده حاکمیت پدیده های بیرون رانی و جاروبی در نزدیک نوک آبشکن و در ناحیه لایه برشی شکل گرفته در اطراف آبشکن است. از سویی دیگر در نزدیک نوک آبشکن های مورد مطالعه وجود پیک در طیف توانی نشان دهنده ریزش گردابه ها از نوک آبشکن به سمت پایین دست بوده و مقایسه بین مقدار پیک ها نشان دهنده قدرت بیشتر این گردابه ها در ناحیه نزدیک نوک آبشکن تیغه ای نسبت به آبشکن T شکل است. بررسی ضرایب آماری (ضرایب چولگی و کورتوسیس) نیز نشان دهنده متفاوت بودن توزیع سرعت در نزدیک آبشکن ها، نسبت به توزیع نرمال است. چنانچه بررسی ضرایب چولگی و کورتوسیس در نزدیک نوک آبشکن نشان دهنده حاکمیت بیشتر پدیده بیرون رانی در این ناحیه و قدرت بیشتر این پدیده در اطراف آبشکن تیغه ای نسبت به آبشکن T شکل است.

امروزه بخش عظیمی از حجم مفید مخازن سدها به واسطه رسوب گذاری از بین می رود. عامل اصلی رسوب گذاری در مخازن سدها جریان غلیظ می باشد. جریان غلیظ، جریانی است که بین دو سیال، به دلیل اختلاف چگالی آن ها به وجود می آید. لذا شناخت این پدیده و ارائه راه کارهایی به منظور مهار آن امری ضروری می باشد. در تحقیق حاضر 4 حالت مختلف از کارگذاری 3 مانع متوالی به منظور کنترل جریان غلیظ مورد بررسی قرار گرفته است. ارتفاع موانع با 3 نسبت از ارتفاع بدنه جریان غلیظ و به صورت 1، 75/0، 5/0 = در نظر گرفته شد (که ارتفاع مانع و ارتفاع بدنه جریان غلیظ است). در 3 حالت از کارگذاری موانع، ارتفاع آن ها یکسان و در حالت چهارم سه مانع به صورت صعودی با اندازه های مذکور در مقابل جریان قرار داده شد. آزمایش ها در 3 شیب صفر، 5/1 و 5/2 درصد، با غلظت20 گرم بر لیتر ( 5/1013= ( و دبی ثابت 1 لیتر بر ثانیه انجام شد. نتایج حاصل نشان داد که به کار بردن مانع های متوالی بر روی پروفیل های سرعت و غلظت تاثیرگذار است. همچنین بیشترین درصد مهار دبی بدنه جریان غلیظ در شرایط شیب صفر درصد و 1= به میزان 63 درصد و کم ترین آن در شرایط شیب 5/2 درصد و 5/0= و به میزان 22 درصد حاصل شد.

در این تحقیق اثر هندسه زهکش بر پاسخ دینامیکی سد خاکی همگن مورد بررسی قرار گرفته است. به علت قابلیت زیاد کد FLAC در مدل کردن هندسه و شرایط مرزی پیچیده، در انجام تحلیل های استاتیکی و دینامیکی، در نظرگیری ساخت لایه لایه و تحکیم، اعمال بارگذاری های مختلف استاتیکی و دینامیکی و همچنین امکان تعریف نقاط مشخصی از شبکه که بتوان رفتار سد را حین تحلیل بررسی کرد، این نرم افزار تفاضل محدود برای مدل سازی انتخاب شده است. جهت نیل به اهداف مطالعه سد خاکی همگن کلان ملایر به عنوان مطالعه موردی در نظر گرفته شده است. در ابتدا به مدل سازی مراحل ساخت و آبگیری سد و مقایسه نتایج به دست آمده با نتایج ابزار دقیق پرداخته شد. سپس با در نظر گرفتن شیب های مختلف زهکش، اثر شیب زهکش، بر رفتار لرزه ای و پسالرزه ای سد کلان مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت در مورد سد کلان این نتایج حاصل شد که در مرحله لرزه ای، زهکش دودکشی قائم طی زلزله اضافه فشار آب حفره ای کمتری نسبت به زهکش مایل ایجاد می کند. همچنین در مرحله پسالرزه ای مقادیر نشست ناشی از تحکیم، با افزایش زاویه زهکش افزایش پیدا می کند.

مطالعه ژئوتکنیکی شهر بوشهر به لحاظ وجود تاسیسات مهم نظامی و هسته ای، مخازن نفتی و توسعه شهری حساسیت بالایی دارد. در این تحقیق بر اساس نتایج آزمایش های نفوذ استاندارد و مطالعات ژئوتکنیک انجام شده توسط شرکت های مهندسین مشاور، استعداد روانگرایی با استفاده از دو روش مهم و معمولSeed وIdriss (1971) وIwasaki و همکاران (1982)، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به وسیله نرم افزارArcGIS به صورت پهنه بندی ارائه گردید. مناطق مختلف شهر از لحاظ پتانسیل روانگرایی و سطح آب زیر زمینی بررسی شده و نتایج به صورت هم پوشانی با هم مقایسه گردید. نتایج پهنه بندی نشان می دهد که اکثر نقاط شهر خصوصا مناطق ساحلی به دلیل سطح بالای آب زیرزمینی و خاک ماسه ای سست در لایه های فوقانی زمین، دارای پتانسیل بالای روانگرایی هستند و در برخی مناطق از جمله نقاط احداث تاسیسات هسته ای، احتمال بروز خطر روانگرایی مشاهده نشد. مقایسه نتایج دو روش ارزیابی روانگرایی مشابهت نسبی را نشان می دهد.