مقاومت برشی لایه رویین خاک، از جمله پارامترهای مهم و مورد نیاز برای برآورد یا شبیه سازی فرسایش خاک در حوزه های آبخیز است. اغلب به دلیل نبود داده های مقاومت برشی لایه رویین خاک، شبیه سازی خاک در حوزه های آبخیز با مشکل مواجه می گردد. به دلیل تغییرپذیری بالای مقاومت برشی خاک و در نتیجه نیاز به نمونه برداری فراوان، اندازه گیری آن پرهزینه، دشوار و زمان بر می باشد. بنابراین، استفاده از روش های غیرمستقیم برای اندازه گیری آن ضروری به نظر می رسد. هدف از این پژوهش مقایسه روش های کریجینگ، توابع انتقالی و توابع پیش بینی کننده فضایی خاک و ترکیب آنها برای برآورد این پارامتر است. بدین منظور، منطقه ای به مساحت 23562 هکتار (دارای کاربری مرتع و مرتع تخریب شده) در زاگرس مرکزی و مستعد به فرسایش آبی انتخاب گردید. در این منطقه، بر اساس نقشه های زمین شناسی، توپوگرافی و کاربری و قابلیت اراضی، 14 واحد کاری ایجاد شده است. در کل 90 نمونه در سه تکرار به منظور تعیین تغییرپذیری در هر واحد کاری از عمق 10-0 سانتی متری برداشت گردید. ویژگی های زودیافت و دیریافت مورد نیاز برای پی ریزی توابع انتقالی و پیش بینی فضایی برآوردکننده مقاومت برشی لایه رویین، اندازه گیری شد. ویژگی های زودیافت اندازه گیری شده شامل توزیع اندازه ذرات، کربن آلی، کربنات کلسیم لایه رویین خاک به انضمام خواص توپوگرافی و پوشش گیاهی از قبیل شیب، جهت شیب، ارتفاع و شاخص پوشش گیاهی (NDVI) بود. تغییرپذیری مکانی پارامترها با استفاده از تغییرنماها و نسبت اثر قطعه ای به کل تغییرنما بررسی و برای تهیه نقشه های کریجینگ مورد استفاده قرار گرفت. در روش ترکیبی، ویژگی های زودیافت میان یابی شده به روش زمین آمار، به عنوان ورودی توابع انتقالی و توابع پیش بینی کننده فضایی خاک، برای برآورد مقاومت برشی لایه رویین خاک مورد استفاده قرار گرفتند. از ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، متوسط خطای مطلق (MAE)، میانگین هندسی خطا (GMER) و انحراف معیار هندسی خطا (GSDER) برای ارزیابی کارایی روش های یاد شده استفاده شد. نتایج نشان داد که کارایی عملکرد توابع ترکیبی کریجینگ- توابع انتقالی در مقایسه با توابع انتقالی و توابع پیش بینی کننده فضایی خاک مشابه بود و همه پارامترها دارای وابستگی مکانی متوسط می باشند.

مقاومت برشی لایه رویین خاک (SSS) از پارامترهای موثر در مدل سازی فرسایش خاک و روان آب و شاخصی برای فرسایش پذیری خاک محسوب می شود. این پژوهش به منظور بررسی و برآورد مقاومت برشی لایه رویین خاک در زاگرس مرکزی با استفاده از روش رگرسیون چند متغیره خطی صورت گرفت. منطقه مورد بررسی به مساحت 23562 هکتار با کاربری های مرتع و مرتع تخریب شده انتخاب گردید. این منطقه بر اساس نقشه های توپوگرافی، زمین شناسی، کاربری اراضی و منابع و قابلیت اراضی، به 18 واحد کاری تقسیم گردید. در هر واحد کاری به صورت تصادفی نظارت شده، نمونه برداری (3-0 سانتی متری) انجام گرفت و در مجموع، 120 نمونه در 3 تکرار با در نظر گرفتن تنوع هر واحد برداشت گردید. پارامترهای زودیافت خاک شامل اندازه ذرات، کربن آلی و کربنات کلسیم به همراه شیب، جهت شیب، ارتفاع و شاخص پوشش گیاهی NDVI به عنوان پارامترهای ورودی انتخاب گردیدند. در این پژوهش سه مدل رگرسیونی مورد آزمون قرار گرفت. از ضریب همبستگی اسپیرمن، متوسط مربعات خطای نرمال شده (NMSE)، متوسط خطای مطلق (MAE)، میانگین هندسی خطا (GMER)، انحراف معیار هندسی خطا (GSDER) بین مقادیر اندازه گیری شده و تخمینی، جهت بررسی کارایی مدل های مختلف استفاده شد. نتایج نشان داد که تخریب اراضی به طور معنی داری مقاومت برشی لایه رویین را کاهش داد. کاربرد خواص توپوگرافی و پوشش گیاهی به همراه خواص زودیافت لایه رویین خاک باعث بهبود کارایی برآورد مقاومت برشی لایه رویین خاک گردید.

تثبیت بیولوژیکی خاک روشی نوین در مقاوم سازی خاک در برابر فرسایش می باشد. در این پژوهش از باکتری تولیدکننده آنزیم اوره آز با نام علمی Sporosarcina Pasteurii با قابلیت رسوب زایی در منافذ خاک، استفاده شد. به منظور بررسی میزان اثرگذاری باکتری، از مقاومت برشی خاک با دستگاه برش پره ای، استفاده شد. تیمارهای موردبررسی شامل نوع خاک، غلظت باکتری، زمان نگهداشت، تزریق مجدد با فاصله زمانی شش روز و تأثیر شرایط محیطی بر عملکرد باکتری و میزان مقاومت برشی می باشد. نتایج نشانگر بهبود مقاومت برشی خاک ها به صورت معنادار نسبت به زمان است. بیشترین مقاومت برشی در ماسه کربناته و سپس ماسه سیلیسی با توزیع دانه بندی ریزتر به ترتیب به اندازه 64/0 و 39/0 کیلوگرم بر سانتیمترمربع حاصل شد. بهترین وضعیت تعادلی بین مواد مغذی و تعداد باکتری در این پژوهش در دانسیته نوری برابر 5/1 مشاهده شد. نتایج نشان داد تزریق مجدد تأثیر افزاینده ای در مقاومت نمونه ها به خصوص در ماسه سیلیسی به اندازه 55% نسبت به یک بار تزریق دارد.

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.

با توجه به رشد روزافزون آلودگی فسیلی در هوای کلان شهرها یا هر نقطه دیگری، باران به وجود آمده به صورت اسیدی خواهد بود. از طرفی به دلایل استفاده زیاد از مخلوط ماسه و بنتونیت در مراکز دفن زباله و وجود شیرابه در آن، بررسی رفتار این خاک ها تحت اثر آلاینده اسیدی دارای اهمیت زیادی می باشد. به این منظور، اثر آلاینده اسید نیتریک با pH های 7، 3 و 1 بر روی مقاومت برشی ماسه تمیز و ماسه حاوی 10 درصد وزنی بنتونیت متراکم به کمک آزمایش های سه محوی تحکیم یافته – زهکشی نشده بررسی گردید. نتایج به دست آمده نشان می دهند که حضور اسید در آب منفذی، باعث کاهش مقاومت برشی ماسه تمیز می شود. در مخلوط ماسه و بنتونیت حضور اسید نیتریک با pH=3 منجر به افزایش مقاومت برشی و با pH=1 باعث کاهش مقاومت برشی می گردد. همچنین حضور اسید باعث کاهش مدول الاستیسیته و افزایش فشار آب حفره ای منفی می گردد.

در این مطالعه، رفتار خاک تثبیت شده با الیاف مصنوعی با استفاده از آزمون های آزمایشگاهی بررسی شد. آزمایش های برش مستقیم روی نمونه های خاک تثبیت شده با الیاف شیشه و پلی پروپیلن با طول 12 میلی-متر انجام شد. نمونه های مورد آزمایش با توزیع تصادفی 05/0، 1/0، 2/0 و 5/0 درصد الیاف مصنوعی تثبیت شدند. آزمایش ها تحت تنش های نرمال مختلف انجام گرفت. نتایج حاکی از آن است که افزودن الیاف باعث بهبود حداکثر مقاومت برشی خاک و افزایش شکل پذیری نمونه ها می شود. نمونه های مسلح با 1/0 درصد الیاف دارای بیشترین مقاومت برشی بودند. همچنین، نتایج بیانگر آن است که در شرایط یکسان، نمونه های مسلح با الیاف پلی پروپیلن دارای مقاومت برشی بیشتری نسبت به نمونه های مسلح با الیاف شیشه می باشند.

به منظور شناخت ساختگاه، به دست آوردن پارامترهای مقاومتی خاک کاری ضروری و درعین حال هزینه بر و زمان گیر است. در این پژوهش، با استفاده از 135 گمانة ژئوتکنیکی حفر شده در شهر کرمانشاه، پهنه بندی پارامترهای مقاومت برشی خاک (زاویة اصطکاک و چسبندگی) با استفاده از نرم افزار ArcGIS و روش درون یابی کریجینگ معمولی (با شبه واریوگرام های کروی، نمایی و گوسی)، تا عمق نُه متر در بازه های سه متری انجام شده و با استفاده از شاخص های جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین قدرمطلق خطا (MAE)، بهترین مدل برای پیش بینی مشخصه ها انتخاب شده است. براساس شاخص های ارزیابی خطا، بهترین واریوگرام ها برای پهنه بندی زاویة اصطکاک و چسبندگی در عمق 0 تا 3 متر گوسی، 3 تا 6 متر نمایی و 6 تا 9 متر به ترتیب گوسی و کروی است. مطابق نتایج به دست آمده، اغلب با افزایش عمق، زاویة اصطکاک و چسبندگی افزایش یافته است و بخش های شمالی و جنوب غرب کرمانشاه، در قیاس با دیگر مناطق، دارای خاکی با زاویة اصطکاک بیشتر و چسبندگی کمتر (درشت دانه) هستند و بخش های شمال غرب این شهر خاک های رسی و آبرفتی دارند؛ با توجه به گذر رودخانة قره سو از این ناحیه و قرارگیری مناطق شمالی و جنوبی کرمانشاه در کوهپایه، نتایج تصدیق می شود.

خاک به عنوان بستر تولید محصولات زراعی و باغی یکی از مهم ترین عوامل تولید محصولات کشاورزی می باشد. خاک از ذرات ریز خاک دانه ها تشکیل شده است که فضای بین این ذرات توسط آب یا هوا پر شده است. وجود ترکیب مناسب ذرات خاک، آب و هوا برای رشد محصولات کشاورزی لازم و ضروری است. یکی از عوامل طبیعی که باعث بهبود ساختمان خاک می-گردد فرآیند یخبندان و ذوب می باشد. فرآیند یخبندان و ذوب برخی خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک را تغییر می دهد. به منظور بررسی اثر فرآیند یخبندان و ذوب بر روی استحکام برشی خاک آزمایش هایی بر روی نمونه های خاک تحت تاثیر یخبندان و ذوب انجام گرفت. در این پژوهش دمای 10- سانتی گراد برای یخبندان خاک با دو سطح رطوبتی 10 و 15 درصد با سه سطح دانسیته به عنوان متغیر در نظر گرفته شد و استحکام برشی خاک به عنوان متغییر وابسته مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج آزمایش ها بیانگر این مطلب است که فرآیند یخبندان و ذوب باعث کاهش استحکام برشی خاک می گردد. در دامنه تغییرات چگالی در این پژوهش، هر اندازه چگالی خاک افزایش یافت، اثر یخبندان و ذوب بر کاهش استحکام برشی خاک بیشتر شد.کاهش مقاومت برشی در برخی نمونه ها بیش از 40درصد بود. با کاهش مقاومت برشی خاک، نیرو و توان لازم برای برش خاک در نتیجه نیرو توان لازم جهت انجام خاک ورزی در زمین های زراعی پس از فرآیند یخبندان و ذوب کاهش می یابد.