سابقه و هدف: جزء شن از مهمترین اجزای بافت خاک بوده که برای عملیات مدل سازی زیست محیطی و پهنه بندی رقومی خاک، باید مورد توجه واقع شود. از طرفی، بدلیل تغییرپذیری مکانی این جزء؛ تشخیص، پهنه بندی و پایش آن، در مقیاس های وسیع، با استفاده از شیوه های سنتی رایج و عملیات تجزیه و تحلیل معمول آزمایشگاهی، بسیار وقت گیر و پر هزینه است. از نقطه نظر دیگر؛ دورسنجی هوایی و فضایی در قیاس با طیف سنجی میدانی و آزمایشگاهی دارای نواقصی همچون اثرات جوی، آثار ساختاری و ترکیبی طیفی، پایین تر بودن تفکیک طیفی و مکانی، اختلالات هندسی و نیز فرآیند اختلاط طیفی می باشد. لذا برای غلبه بر این نواقص و برای مطالعه عوامل دارای تغییرپذیری مکانی، نیازمند فن آوری مناسبی می باشد. با ظهور طیف سنجی بازتابی پراکنشی آزمایشگاهی که از لرزش های بنیادین، فرعی و ترکیبی گروه-های عاملی (FGs) بهره می برد، آن، بعنوان ابزاری نویدبخش در مطالعه اجزای خاک، معرفی شد. طی تحقیق حاضر، از طیف سنجی بازتابی مجاورتی، برای مدل سازی ابرطیفی اجزای شن در قسمت هایی از استان مازندران استفاده شد. مواد و روش ها: جمعا 128 نمونه از عمق 20 سانتیمتری سطح خاک، بر اساس روش نمونه برداری SRS و با کمک اطلاعات جانبی همچون: زمین شناسی، کاربری اراضی، نقشه راه ها، و خاک شناسی استان، جمع آوری شد. در ابتدا، مجموع نمونه ها به دو قسمت برای عملیات واسنجی و اعتبارسنجی، تقسیم شد. با بهره گیری از تحلیل ابرطیفی، رگرسیون چندمتغیره PLSR و بر اساس تکنیک LOOCV و عملیات پیش پردازش طیفی همچون: میانگین گیری، هموارسازی و مشتق اول طیفی بر اساس الگوریتم ساویتسکی-گولای، مدل تخمینی بر مبنای شاخص های تحلیلی همچون همبستگی دوطرفه پیرسون (R)، ضریب تبیین (R2)، میانگین مربعات خطای اعتبارسنجی (RMSE)، و نیز شاخص های اعتبارسنجی RPD و RPIQ، ایجاد و بررسی شد. یافته ها: تحقیق حاضر بر مبنای مدل سازی ابرطیفی شن منطقه در زیرمجموعه واسنجی مشتمل بر 96 و نیز زیرمجموعه اعتبارسنجی مشمتل بر 32 نمونه، نشان داد، 2 و 4 LV اول از مجموع 7 LV، بهترین تخمین در خاک های منطقه مورد مطالعه را نشان می دهد. از آنجاییکه این تعداد عامل منتخب، قادرند بیش از 60% واریانس متغیر شن و نیز 98% واریانس داده های طیفی را متمرکز کنند؛ نتیجتا فرآیند واسنجی مدل تخمینی، بر اساس چهار فاکتور اول و شیوه LOOCV سراسری انجام شد. بهترین مدل ابرطیفی تخمین گر اجزای شن با این خصوصیات واسنجی شد، Rc: 76/0، R2c: 57/0، RMSEc: 77/9 و Sec: 82/9. همچنین مقادیر ضریب R بین متغیر شن و باندهای طیفی موثر بدین ترتیب محاسبه شد، 390: 46/0، 510-540: 53/0، 680-690: 55/0، 950-970: 67/0، 1100: 70/0، 1410: 76/0، 1860-1900: 76/0، 2180-2220: 77/0؛ که باندهای طیفی منتخب دارای بهترین و بیشترین تاثیر در فرآیند مدل سازی ابرطیفی شن در خاک های استان بوده اند. بعلاوه، بارزترین دامنه های طیفی در فرآیند مدل سازی بدین تریتب بوده است: UV-390، Vis-440-540، NIR-740-990، SWIR-1430-1890، 1930، 2190-2240، 2330-2440 نانومتر که این نتایج در تطابق با برخی مطالعات انجام گرفته، بوده است. کیفیت مدل ابرطیفی واسنجی شده شن با استفاده از آزمون هایی همچون هتلینگ، لوریج تعدیلی و واریانس باقیمانده ها نیز مورد بررسی قرار گرفت. مشخصات عملیات صحت سنجی بدین ترتیب بوده است: Rp: 83/0، R2p: 68/0، RMSEp: 68/8، SEp: 72/8 و انحراف: 26/1. نتیجه گیری: نتایج، حاکی از تحلیل مناسب ابرطیفی در برآورد مقادیر شن منطقه بوده است. بدین ترتیب بر مبنای LV2، RPDc: 51/1، RPIQc: 44/2؛ RPDp: 78/1، RPIQp: 45/2 و نیز بر اساس LV4، RPDc: 54/1، RPIQc: 48/2، RPDp: 75/1 و RPIQp: 41/2، محاسبه گردید. مقادیر RPIQ بالاتر از 2، بیانگر توانایی مناسب و کیفیت خوب مدل در برآورد مقادیر شن استان مازندران با استفاده از داده های ابرطیفی بوده است. نتایج تحقیق حاضر می تواند نقطه آغازی در پهنه بندی دقیق تر جزء شن بافت خاک، بر مبنای سکوهای دورسنجی باشد. همچنین، با مشخص شدن طول موج های کلیدی در فرآیند مدلینگ؛ فرآیند آپ اسکیلینگ (بیش مقیاس سازی) و نیز آماده-سازی سنجنده های ابرطیفی هوایی و فضایی، می تواند بهبود یافته که منجر به دقیق تر شدن مطالعات ابرطیفی اجزای بافت نیز خواهد شد.

شن از مهم ترین اجزای بافت خاک است که برای عملیات مدل سازی زیست محیطی و پهنه بندی رقومی خاک، باید مورد توجه واقع شود. از آن جا که این ویژگی، دستخوش تغییرپذیری های مکانی بوده، لذا تشخیص، پهنه بندی و پایش آن در مقیاس وسیع و با روش های نمونه برداری و تحلیل آزمایشگاهی معمول، بسیار هزینه بر و وقت گیر است. با ظهور فناوری مجاورت سنجی بازتابی (VNIR-DRS)، روزنه ای در بررسی این ویژگی خاک ایجاد شده است. طی تحقیق حاضر، از طیف سنجی بازتابی مجاورتی، برای بررسی اجزای شن در قسمت هایی از استان مازندران استفاده شد. جمعا 128 نمونه از عمق 20 سانتی متری سطح خاک، براساس روش نمونه برداری طبقه بندی شده تصادفی و نیز با کمک اطلاعات جانبی همچون: زمین شناسی، کاربری اراضی، نقشه راه ها، و خاک,شناسی استان جمع آوری شد. در ابتدا مجموع نمونه ها به دو قسمت برای عملیات واسنجی و اعتبارسنجی تقسیم شد. با بهره گیری از تحلیل رگرسیون چندمتغیره PLSR و براساس روش اعتبارسنجی متقاطع و عملیات پیش پردازشی چون: میانگین گیری (روش کاهش داده های طیفی)، هموارسازی و مشتق اول طیفی براساس الگوریتم ساویتسکی-گولای، مدل نهایی با تعداد 2 و 4 عامل؛ به ترتیب: با همبستگی دوطرفه پیرسون (RP) حدود 0. 83 و0. 82، ضریب تبیین (R2P) حدود 0. 68 و 0. 67، میانگین مربعات خطای کالیبراسیون (RMSEP) حدود 8. 68 و 8. 83%، و نیز RPDP تقریبی 1. 78 و 1. 75، RPIQP تقریبی 2. 45 و 2. 41 (ست اعتبارسنجی مستقل)، به عنوان مطلوب ترین مدل به منظور برآورد مقادیر شن منطقه مورد مطالعه، شناخته شد که نتایج، نشان دهنده توانایی مناسب مدل در برآورد مقادیر شن منطقه بوده است. درنهایت، قابلیت فن اوری مجاورت سنجی، در بررسی اجزای شن منطقه به اثبات رسید. همچنین، از این مدل و نیز دامنه های طیفی موثر به دست آمده می توان به عنوان مبنایی برای بررسی مقادیر شن در مقیاس بسیار وسیع، با عملیات بیش مقیاس سازی توسط داده های ابرطیفی هوایی-ماهواره ای، بهره برد. که این امر نشان دهنده اهمیت طیف سنجی مجاورتی در تشخیص طول موج های مفید و نیز ایجاد مدل، به منظور استفاده آن در داده های ماهواره ای، خواهد بود.

ساخت مدل های آزمایشگاهی یکی از پر کاربردترین روشهای پژوهشی در مهندسی ژئوتکنیک است. مدلهای آزمایشگاهی پدیده های ژئوتکنیکی را در مقیاسی کوچکتر شبیه سازی می کنند تا تاثیر پارامترهای مختلف بر روی آن بررسی شود. یکی از اصلی ترین پارامترهای خاک در مدلسازی تراکم نسبی خاک است. روش بارش ماسه یکی از روشهای مورد قبول برای ساخت نمونه های آزمایشگاهی و مدل های فیزیکی برای دستیابی به تراکم های نسبی معین در پژوهش های ژئوتکنیکی است. ساخت مدلهای خاکی با لایه های یکنواخت، تراکم نسبی مشخص و تکرارپذیر، یکی از اهداف روش بارش ماسه است. این پژوهش به معرفی یک دستگاه بارش پرده ای ماسه نیمه خودکار می پردازد که جهت ساخت مدلهای فیزیکی در آزمایشگاه مکانیک خاک دانشگاه فردوسی مشهد ساخته شده است. در این پژوهش نتایج حاصل از آزمایش های صورت گرفته بر روی دستگاه بارش توسط ماسه 161 فیروزکوه، تحلیل و بررسی شده است. تاثیر عوامل مختلف بر تراکم نسبی لایه های خاک مانند ارتفاع بارش، شدت بارش، ضخامت پرده بارش و سرعت حرکت پرده بارش در این دستگاه بارش مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج آزمایش ها نشان می دهند که با افزایش ارتفاع، کاهش ضخامت پرده بارش و افزایش سرعت حرکت پرده، تراکم نسبی ماسه افزایش می یابد. همچنین با بررسی آزمایش های مختلف، تکرارپذیری و یکنواختی بسیار مطلوبی جهت ساخت مدلهای فیزیکی در دامنه وسیعی از تراکم های نسبی ( بین 3 تا 93 درصد ) مشاهده شده است و پیشنهادهایی برای ساخت مدل های فیزیکی به این روش ارائه شده است.

با توجه به رشد جمعیت جهت توسعه زیرساخت های کشور، تثبیت و اصلاح زمین های نامرغوب به منظور ایجاد بستر مقاوم و مستحکم بیش از هر زمانی مورد نیاز است. تاکنون روش های بهسازی زیادی در دنیا پیشنهاد شده است که از عمده ترین روش های رایج تثبیت شیمیایی با استفاده از آهک یا سیمان است که با محیط زیست سازگاری مناسبی ندارند. لذا امروزه استفاده از پوزولان ها و سیمان های ژئوپلیمری به جای سیمان پرتلند مورد توجه محققین مختلف قرار گرفته است. در این مطالعه تثبیت خاک ماسه شهر اهواز با کمک متاکائولین به عنوان نوعی ماده افزودنی مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق به تأثیر مقادیر متفاوت متغیرهایی همچون مقدار درصد متاکائولن، نسبت سدیم سیلیکات به سدیم هیدروکسید، غلظت سدیم هیدروکسید و نسبت محلول فعال کننده قلیایی به ماده افزودنی در سنین عمل آوری 7 و 28 روز پرداخته شده است. نمونه ها تحت آزمایش مقاومت فشاری تک محوری محصور نشده (UCS) ارزیابی و جهت بررسی ریزساختاری، از آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده می شود. نتایج این تحقیق نشان می دهد برای رسیدن به مقاومت بهینه باید از اختلاط 20% متاکائولن، نسبت سدیم سیلیکات به سدیم هیدروکسید 2/5، غلظت سدیم هیدروکسید 12 مولار و نسبت محلول فعال کننده به ماده افزودنی 0/5 استفاده کرد. مقاومت نمونه با عمل آوری 28 روزه به حدود 5 مگاپاسکال یعنی حدود 3 برابر بیشتر از نمونه های سیمانی و 23 برابر بیش از خاک تثبیت نشده می رسد که در آنالیز ریزساختاری وجود ژل N-A-S-H به عنوان عامل اصلی افزایش مقاومت در فرآیند ژئوپلیمریزاسیون قابل مشاهده است.

در مطالعه ی حاضر، از نوعی زئولیت به نام کلینوپتیلولایت برای تثبیت و بهبود ویژگی های مقاومتی خاک رس ماسه دار استفاده شده است. به این منظور بر روی خاک رس ماسه دار تثبیت شده با کلینوپتیلولایت، آزمایش حدود اتربرگ در درصدهای 0، 5، 15 و 25 و نیز آزمایش مقاومت فشاری تک محوری در درصدهای 0، 5، 10، 15، 20 و 25 و در زمان های عمل آوری آنی 7، 14 و 28 روز انجام شده اند. نتایج نشان می دهد حد روانی و حد خمیری خاک با افزایش میزان افزودنی کلینوپتیلولایت به ترتیب 30 و 45 درصد افزایش می یابد. همچنین مقاومت تک محوری با افزایش درصد افزودنی کلینوپتیلولایت و زمان عمل آوری افزایش می یابد. بیشترین میزان افزایش مقاومت تک محوری مربوط به 25٪ افزودنی و زمان 28 روز است که نسبت به خاک تثبیت نشده، افزایش 2٫ 86 برابری داشته است. بررسی نحوه ی شکست نمونه ها نشان می دهد با گذشت زمان و افزایش درصد ماده ی افزودنی، نمونه ها ترد شده و بعد از گسیختگی، مقاومت تک محوری با سرعت بالایی کاهش یافته است. همچنین با افزایش زمان عمل آوری به دلیل ترد شدن نمونه ها در اثر لخته شدن و جذب آب توسط کلینوپتیلولایت، سطوح شکست در نمونه ها واضح تر می شود.