گستردگی خاک های مسئله دار و تاثیر چرخه ذوب و انجماد و به تبع آن دگرگونی در ویژگی های ژئوتکنیکی خاک های مسئله دار مخصوصا خاک های فروریزشی بر محققین پوشیده نیست. این آسیب ها ناشی از تشکیل لنزهای یخی در طول چرخه ذوب و انجماد است که به گسستگی پیوند ذرات خاک و تغییر ساختار اولیه منجر می گردد. با توجه به این که در مناطق سردسیر احتمال ذوب و یخ مکرر تهدیدی برای ویژگی های مقاومتی، تغییرشکل و تراکم و… خاک ها می باشد و خاک های سیلتی جز خاک های فروریزشی بوده و در برابر یخبندان بسیار حساس می باشند، بدین منظور در این تحقیق، تاثیر چرخه های ذوب و انجماد و سطوح تنش بر ساختار و تغییرشکل های بلندمدت خاک سیلتی با انجام آزمایش تحکیم یک بعدی مورد مطالعه قرار گرفته و در ادامه مکانیسم خزشی آن با در نظر گرفتن لغزش و تغییر شکل ذرات و براساس ارتباط ضریب تراکم ثانویه و نسبت تخلخل و با استفاده از تصاویر به دست آمده از آزمایش SEM شرح داده شده اند. ارتباط غیرخطی بین ضریب تراکم ثانویه و تنش خزشی را مشاهده می شود. همچنین نتایج آزمایش ها نشان می دهد، میزان تغییرشکل های خزشی نمونه سیلتی علاوه بر شرایط اشباع بودن نمونه و سطوح تنش خزشی به شمار چرخه های ذوب و انجماد نیز بستگی دارد. دوره های ذوب و انجماد، لغزش، جهت گیری ذرات، تخلخل و ساختار اولیه خاک را تغییر می دهد. در طول آزمایش تحکیم، برای نمونه تحت 10 چرخه از فرایند ذوب و انجماد، به دلیل فروپاشیدگی ذرات از همدیگر و کوچک تر شدن اندازه ذرات، متوسط نشست های تحکیمی بیشتر شده و تغییرشکل های خزشی هم افزایش می یابد.

خاک های ماسه ای به صورت تمیز و خالص نیست و اغلب مقادیر مختلفی ریزدانه از جمله سیلت و رس دارد، وجود مقادیر مختلفی از ریزدانه ها در خاک ماسه-ای باعث ایجاد تغییراتی در پارامترهای مقاومتی و اتساع این نوع خاک ها می شود. بولتون [1] آزمایش های مختلفی را روی خاک ماسه ای انجام داد و بین پارامترهای مقاومتی خاک، ارتباطی ایجاد کرد. در این مقاله با استفاده از دستگاه برش مستقیم کوچک مقیاس، رفتار مقاومتی و اتساع خاک ماسه ای دارای رس و سیلت بررسی شده است و فرم جدیدی از رابطه ی بولتون ارائه شده است. در مجموع تعداد 96 تست برش مستقیم کوچک مقیاس (30×100×100) انجام شد. ماسه بابلسر، سیلت رودخانه کرج و هم چنین رس کائولن در این پژوهش استفاده شد. نمونه ها به صورت جداگانه با درصد رس و سیلت صفر، 10، 20 و 30 درصد ساخته شده و در تراکم های 70، 80، 90 و 100 درصد کوبیده شدند و تحت 3 سربار 90، 120 و 150 کیلوپاسکال آزمایش شدند. (خرد شدن ذرات اتفاق نمی افتد). در این آزمایش ها تغییرات مقاومت برشی، زاویه ی اصطکاک حداکثر، زاویه ی اصطکاک حجم ثابت، چسبندگی و هم چنین تغییرات زاویه ی اتساع بر اثر افزایش درصد رس و سیلت در نمونه ها بررسی شد. هم چنین تأثیر نوع ریزدانه سیلتی و رسی بر رفتار خاک ماسه ای نیز بررسی شد. نتایج نشان دهنده ی کاهش مقاومت برشی، زاویه ی اتساع و زاویه ی اصطکاک حداکثر و هم چنین افزایش چسبندگی نمونه ها بر اثر افزایش درصد رس و افزایش مقاومت برشی، زاویه ی اتساع و زاویه ی اصطکاک حداکثر بر اثر افزایش درصد سیلت در نمونه ها بودند. متن کامل این مقاله به زبان انگلیسی می باشد. لطفا برای مشاهده متن کامل مقاله به بخش انگلیسی مراجعه فرمایید.لطفا برای مشاهده متن کامل این مقاله اینجا را کلیک کنید.

مقدمه و هدف: سیلت از مهمترین اجزای بافت بوده که بطور مستقیم در فرآیند فرسایش خاک دخیل است و در بسیار از پروژه ­های مدیریت فرسایش و حفاظت خاک، باید مد­نظر قرار گیرد. مطالعۀ این جزء خاک، با استفاده از روش­ های سنتی و مرسوم آزمایشگاهی، در مقیاس وسیع، مستلزم صرف وقت، هزینه و انرژی بالایی می­ باشد. امرزوه، با استفاده از روش­ های نوین همچون فن­آوری طیف ­سنجی، می­ توان با سرعت بیشتر و صرف هزینه و وقت کمتر، به بررسی اجزای خاک پرداخت. پژوهش حاضر قصد دارد به مطالعۀ رفتارهای طیفی اجزای سیلت خاک در استان مازندران با استفاده از فن­آوری طیف­سنجی بازتابی، بپردازد. مواد و روش ­ها: بدین ترتیب، مجموع 128 نمونۀ خاک از عمق 20 سانتی­متری سطح خاک، بر اساس روش نمونه ­برداری طبقه­ بندی شدۀ تصادفی (SRS) و نیز با کمک اطلاعات جانبی همچون: زمین ­شناسی، کاربری ­اراضی، نقشۀ راه­ ها، و خاک­شناسی استان، جمع ­آوری شد. در ابتدا، مجموع نمونه­ ها به دو قسمت: برای ایجاد مدل (واسنجی) و برای صحت­ سنجی مستقل (اعتبارسنجی)، تقسیم شدند. با بهره­ گیری از تحلیل چندمتغیرۀ رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR) و بر اساس تکنیک اعتبارسنجی متقاطع (CV)، و عملیات پیش­ پردازش ابرطیفی همچون: میانگین­ گیری (کاهش- داده­ های- طیفی)، الگوریتم ­های هموارسازی و مشتق اول طیفی (1st D) بر اساس الگوریتم ساویتسکی-گولای (SGA)؛ علائم طیفی و دامنه­ های بازتابی مختص اجزای سیلت، مشخص گردید. یافته ­ها: بررسی علائم و رفتارهای طیفی ذرات سیلت، بر اساس عملیات مدل­سازی بر مبنای الگوریتم PLS به انجام رسید. مدل نهایی با تعداد 4 فاکتور پنهان (LFs) با این مشخصات کالیبره شد، RC: 0/55، RMSEC: 8/31 %، RPDC تقریبی 1/20، و نیز RPIQC تقریبی 1/71، که به ­عنوان مطلوب­ترین مدل جهت برآورد مقادیر سیلت خاک­ های استان مازندران، شناخته شد. نتایج، نشان دهندۀ توانایی مدل در تخمین مقادیر سیلت منطقه بوده است که در ادامه، دامنه­ های طیفی مؤثر در بررسی اجزای سیلت، نیز آشکارسازی شده و مشخص گردید. ضرایب همبستگی مقادیر سیلت با دامنه­ های طیفی مؤثر نیز بدین ترتیب محاسبه شدند: UV 390 نانومتر: 0/27، Vis 680 نانومتر: 0/31، NIR 970 الی 990 نانومتر: 0/32، SWIR: باندهای 1400 الی 1410 نانومتر: 0/34، 1910 الی 1930 نانومتر: 0/38، 2200 الی 2210 نانومتر: 0/39، 2340 الی 2350 نانومتر: 0/41 و نیز در آخر، برای باندهای 2430 الی 2460 نانومتر: 0/43 محاسبه گردید. باندهای طیفی تعیین شده با بیشترین مقادیر همبستگی (R(CCmax))، حاکی از نفوذ و تأثیر بالای آن­ها به­ عنوان متغیرهای مستقل تخمین­ گر، در فرآیند مدلینگ پارامتر سیلت در استان مازندران، بوده ­اند. در نهایت، قابلیت فن­آوری مجاورت­ سنجی بازتابی پراکنشی مرئی-مادون قرمز نزدیک (VNIR-PS)، در بررسی اجزای سیلت در منطقه به اثبات رسید. نتیجه ­گیری: در این شیوه، علاوه بر فرآیند مدل­سازی، دامنه­ ها و باندهای طیفی بارز تحت اثر سیلت مشخص گردید که می ­تواند به ­عنوان مبنایی جهت بررسی مقادیر سیلت در مقیاس بسیار وسیع، با عملیات بیش­ مقیاس ­سازی توسط داده­ های ابرطیفی هوایی- ماهواره ­ای، مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، این امر نشان دهندۀ اهمیت فن­آوری طیف ­سنجی بازتابش خاک، به­ عنوان پایه ­ای در آشکارسازی و تشخیص طول­ موج­ های طیفی مفید و نیز ایجاد مدل، جهت استفادۀ آن در داده ­های دورسنجی ماهواره ­ای می ­باشد. همچنین، توصیه می­ شود برای بهبود کیفیت مدل، از داده ­هایی با ضریب تغییرات بالاتر و نیز رنج بیشتر استفاده گردد تا الگوریتم pls بتواند به ­طور بهتری عمل کند.

پل های قدیمی عمدتاً برای بارگذاری ثقلی و با در نظر گرفتن جزئی بارهای لرزه ای یا جانبی طراحی شده اند که در برابر اثرات لرزه ای آسیب پذیر بوده اند. مثال های متعددی از خسارات وارده به المان های سازه های بزرگ روبنایی و سازه های زیرزمینی پل و در بعضی موارد ریزش کامل موجود می باشد. اخیراً، محققان مفهوم فونداسیون گهواره ای را برای ستون-فونداسیون در پل ها پیشنهاد کرده اند. یک فونداسیون گهواره ای از گسیختگی خاک برای حفاظت از سازه در طول بارگذاری لرزه ای استفاده می کند. به این ترتیب، این فونداسیون می تواند به عنوان یک فیوز عمل کرده و تا حدی سیستم پل را از آسیب های جدی ناشی از زلزله ایزوله کند. تحقیقات پیشین عمدتاً بر روی رفتار فونداسیون های گهواره ای واقع شده بر روی خاک های ماسه ای متمرکز بوده اند و به صورت معدود از خاک های ماسه ای رس دار یا خاک رس نیز استفاده شده است، درحالی که توجه چندانی به عملکرد این نوع از پی ها در خاک های ریزدانه غیر پلاستیک (سیلتی) نشده است. در این تحقیق عملکرد لرزه ای فونداسیون های گهواره ای واقع شده بر روی خاک های سیلتی با استفاده از مدل سازی فیزیکی در مقیاس کوچک و توسط میز لرزه مورد بررسی قرارگرفته است. بدین منظور، هشت آزمایش میز لرزه با تغییر پارامترهای نسبت سطح تماس بحرانی و فرکانس ورودی ارزیابی شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که نشست فونداسیون و دوران سازه، پارامترهای وابسته به نرخ بوده و با کاهش فرکانس حرکت ورودی افزایش می یابند. علاوه بر این، نشان داده شده است که افزایش نسبت سطح تماس بحرانی منجر به کاهش نشست ها و افزایش دوران سازه می شود.

این روزها با توجه به گسترش خطوط حمل و نقل زمینی، احداث راه ها بر روی خاک های مسیله دار امری اجتناب ناپذیر می باشد. معمولا مهمترین مشخصه خاک های مسیله دار، مقاومت پایین و تراکم پذیری بالای آنها می باشد. لذا مشخصات مکانیکی این خاک ها لازم است از طریق بهسازی زمین تقویت گردد. از اینرو در سالهای اخیر، تلاش بسیاری محققان بر ارایه روش هایی مبتنی بر رعایت مسایل زیست محیطی بوده است. یکی از روش هایی که اخیرا در بهسازی خاک های ماسه ای مورد توجه قرار گرفته است، رسوب کلسیت به روش زیست میکروبی (MICp) است. در این مقاله بمنظور تسریع در رسوب کلسیت از یکی از گونه های باکتری باسیلوس، تحت عنوان باسیلوس پاستوری در نقش کاتالیزور این واکنش شیمیایی استفاده شده است. در یک برنامه آزمایشگاهی با انجام 5 آزمایش برش مستقیم، اثر زمان بر بهبود چسبندگی خاک ماسه ای سیلت دار نمونه گیری شده از منطقه فیروزکوه ایران بررسی گردید. مدت زمان های در نظر گرفته شده برای آزمایش ها؛ گذشت 3، 7، 14، 21 و 28 روز از عملیات بهسازی زیست میکروبی بوده است. نتایج این تحقیقات نشان داد که بطور کلی با گذشت زمان، چسبندگی خاک های ماسه ای سیلت دار بهسازی شده به روش زیست میکروبی افزایش می یابد که این موضوع نشان از نقش رشد سلول های باکتری و تسریع در پیشرفت فرایند MICp و رسوب کریستال های کلسیت در منافذ خاک است. نتایج حاصل از تصاویر SEM نیز گواه موارد مذکور است. با این وجود نرخ رشد باکتری ها تابع میزان رشد بهینه آنها یا حجم منافذ باقیمانده خاک می تواند کاهنده یا افزاینده باشد.

بیشتر رسوبات ماسه دارای مقادیر کم ریزدانه (رس و سیلت) هستند که تأثیرات پیچیده­ای بر رفتار زهکشی نشده ماسه­ها دارند. در این تحقیق تأثیر مقادیر کم ریزدانه (رس کائولین و سیلت فیروزکوه) بر رفتار زهکشی نشده ماسه­ با پنچ درصد ریزدانه (0، 3، 5، 7 و 10 درصد) بررسی می شود. بدین منظور 18 آزمایش زهکشی نشده فشاری با استفاده از دستگاه برش پیچشی استوانه­ای توخالی کنترل کرنش (HCA) روی ماسه فیروزکوه انجام می­شود. نمونه­ها در آزمایشگاه با روش ریزشی خشک با قیف تهیه شد و تحت دو تنش مؤثر اولیه 100 و 200 کیلو پاسکال تحکیم می­شوند. با افزایش مقدار ریزدانه سیلت تا 5 درصد مقاومت اوج ماسه افزایش می­یابد (حدود 5/18 درصد) و پس از آن با افزایش تا 10 درصد سیلت کاهش در مقاومت اوج (حدود 13 درصد) و افزایش در شاخص تردی و حساسیت به روانگرایی استاتیکی مشاهده می­شود. در حالی که افزودن ریزدانه رس کائولین، یک روند غالب نزولی در مقاومت اوج مشاهده می­شود (حدود 22 درصد کاهش در 10 درصد رس) و رفتار انقباضی افزایش می­یابد. این نتیجه را می­توان به ماهیت رس نسبت داد که تجمع ذرات رس در سطح تماس دانه­های ماسه منجر به ایجاد یک میکروساختار باز با اتصالات سست می­شود.

خاک نقش مهمی در ساختار هر سازه ای دارد و با گذشت زمان نیاز به بهسازی خاک های ضعیف از بدیهی ترین قسمت های پروژه های عمرانی می باشد. در این مطالعه برای بهسازی خاک ماسه ای از ترکیب نانوسیلیس و روش رسوب میکروبی کلسیم کربنات، که یک روش بهسازی پایدار و دوستدار محیط زیست است، استفاده شد. در این روش، اوره موجود در محیط به وسیله باکتری اسپوروسارسینا یوریا (Sporosarcina ureae) هیدرولیز شده و به وسیله شبکه ای از واکنش های بیوشیمیایی رسوب کلسیم کربنات شکل می شود و این باعث افزایش مقاومت خاک می گردد. عوامل مورد بررسی در این مطالعه، شامل غلظت مواد واکنش دهنده، زمان عمل آوری، تغییرات درصد سیلت بر رفتار خاک ماسه ای و احتمال سازگاری باکتری با نانو سیلیس بودند. در این مطالعه نتایج آزمایش ها نشان داد، پارامترهای مقاومت برشی خاک توسط تاثیر توامان باکتری و نانو سیلیس بهبود یافته است و در حضور نانوسیلیس میزان مقاومت برشی خاک ماسه ای بهسازی شده بیولوژیکی تا 5/4 برابر افزایش پیدا کرد. میزان چسبندگی در خاک ماسه ای از 1/0 به kPa186 و زاویه اصطکاک خاک به حدود 6/35 درجه رسید، که در مقایسه با ماسه سست بهسازی نشده، زاویه اصطحکاک داخلی افزایش حدود 12% را نشان می دهد. در نمونه های ماسه سیلتی، بیشینه مقاومت نیز افزایش یافت. در نمونه خاک با 30% سیلت، حداکثر مقاومت برشی در تنش kPa50 با مقدار افزایش تا 81% مشاهده شد، همچنین حداکثر افزایش مقاومت برشی در تمامی تنش ها برای نمونه حاوی 30% سیلیت رخ داد. در ضمن عمده تاثیر بر روی زاویه اصطکاک داخلی در نمونه 30% سیلت پس از روز 14 عمل آوری به دست آمد.

امروزه با توجه به برداشت زیاد از منابع آب زیرزمینی، ضخامت قشر غیر اشباع خاک ها همواره در حال افزایش است. تعیین خصوصیات هیدرولیکی خاک های غیر اشباع برای ارزیابی رفتار آنها ضروری است. از جمله این خصوصیات، ظرفیت نگه داشت آب و ضریب نفوذپذیری در مکش های کالبدی مختلف خاک است که با استفاده از منحنی مشخصه رطوبتی خاک تعیین می شود. در این تحقیق یک دستگاه شامل محفظه فشاری قابل توزین به همراه سیستم کنترل فشار طراحی و ساخته شد که با استفاده از آن، اثر ناخالصی خاک ریزدانه سیلت در خصوصیات رطوبتی ماسه غیر اشباع بررسی گردید. آزمایش های اعمال مکش کالبدی برای ترکیب خاک ماسه با دو نوع خاک سیلتی با درصدهای وزنی 5، 10، 15 و20 انجام شدند. منحنی های مشخصه رطوبتی آزمایشگاهی، با استفاده از نرم افزار RETC تحلیل گردیده و با منحنی های حاصل از مدل های نظری برازش گردیدند. تطابق خوب بین منحنی های مشاهده ای و نظری مکش-درصد رطوبت، نشانگر صحت روش های آزمایشگاهی و مدل های نظری به کار گرفته شده بود. نتایج حاکی از آن است که با افزایش درصد سیلت به خاک ماسه، میزان نگه داشت آب در خاک به ازای مکش مشخص افزایش محسوسی می یابد که نشان دهنده تاثیر بافت خاک است. با مقایسه درصدهای رطوبت حجمی در مکش های 10 الی 90 کیلو پاسکال بین خاک های سیلتی، مشخص گردید اندازه ذرات دانه ها عامل مهم و تاثیر گذار در منحنی های مشخصه رطوبتی خاک ها و خصوصیات هیدرولیکی نمونه های ماسه-سیلتی غیر اشباع می باشد.

وجود خاک سیلت ماسه¬ای در زمان فونداسیون¬های سازه های بتنی و سازه های هیدرولیکی و آبیاری همواره باعث به وجود آمدن چالش هایی شده است. بالابردن پایداری و ظرفیت باربری این خاک سست، با استفاده از اضافه کردن مواد دیگر همواره مورد بحث و تحقیق بوده است. تحقیق حاضر، اثر دوره عمل آوری و درصدهای مختلف مواد افزودنی گوناگون روی مقاومت خاک های سیلت ماسه ای را مورد بحث و بررسی قرار می دهد. از این رو، مواد افزودنی مختلفی با درصد اختلاط 3، 5 و 7 درصد وزنی در دوره های عمل آوری 3، 7، 14، 21 و 28 روز به خاک اضافه شد. به منظور بررسی تأثیر هر یک از این مواد افزودنی بر پارامترهای مقاومتی خاک سیلت ماسه ای، تست های آزمایشگاهی نظیر مقاومت فشاری تک محوری (U.C.S) و ظرفیت باربری کالیفرنیا (C.B.R) انجام شد. در مجموع، 299 آزمایش در آزمایشگاه مکانیک ¬خاک دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران انجام گرفت. نتایج نشان داد،که اضافه کردن افزودنی های بتن به مراتب تأثیر بیشتری را بر بالابردن مقاومت فشاری و ظرفیت باربری در خاک سیلت ماسه دار دارد. همچنین، مقاومت فشاری و ظرفیت باربری به مرور زمان برای افزودنی های سیمان افزایش پیدا کرده و در روز 21 این درصد نرخ ثابت به خود می گیرند. درحالی که مواد افزودنی کانفیکس و بنتونیت تأثیر معناداری بر افزایش ظرفیت باربری ندارند. در ادامه تغییرات درصد اختلاط مواد نشان داد، افزایش میزان اختلاط مواد سیمانی باعث افزایش مقاومت فشاری و ظرفیت باربری برای مواد بتنی می¬شود. درحالی که مواد کانفیکس و بنتونیت همچنان تأثیر کمی را دارا هستند. بیشترین ظرفیت باربری و مقاومت فشاری به ازای سیمان پوزولانی به وجود می¬آمد. این مقادیر نشان داد به ازای افزودن 5 درصد سیمان پوزولانی و 7 درصد سیمان پرتلند با 28 روز عمل آوری، بیشترین عدد CBR و مقاومت UCS به ترتیب به مقدار 176/26 و 17/58 کیلوگرم بر سانتی متر مربع به وجود خواهد آمد. همچنین الگوی گسیختگی مورد بررسی قرار داده شد. این مقایسه¬ها نشان داد با افزایش دوره عمل آوری، رفتار نمونه ها از نیمه ترد به ترد و به سمت سخت شدن تغییر می کند.