بررسی تاثیر درصد ریزدانه بر خصوصیات مقاومتی خاک بهسازی شده به روش بیولوژیکی

تعداد 140صفحه فایل word قابل ویرایش

Site: www.filenaab.ir

چکیده

بررسی تاثیر درصد ریزدانه بر خصوصیات مقاومتی خاک بهسازی شده به روش بیولوژیکی

در بسیاری از مناطق، خاک‌ها خصوصیات مکانیکی مورد نیاز مهندسین را تامین نمی‌کنند و نیاز به توسعه روش‌های بهسازی وجود دارد. بروز برخی مشکلات زیست محیطی در روش‌های سنتی مهندسین را به بررسی روش‌های جدید ترغیب کرده است. بیوژئوتکنولوژی يک شاخه از مهندسي ژئوتکنیک است که از روشهای بیولوژيکي برای حل مسائل مهندسي ژئوتکنیک استفاده می­کند. اخیراً در اين شاخه روش جديدی(سازگار با محیط زيست) برای بهبود مشخصات مکانیکي خاک، معرفي شده است. این تکنیک از میکروارگانیسم­های تولید کننده مواد معدنی استفاده می­کند. این پژوهش امکان بهبود خصوصیات مقاومتی خاک با روش بیولوژیکی رسوب میکروبی کلسیت و تاثیر درصد ریزدانه را مورد بررسی قرار می‌دهد. به منظور تعیین خصوصیات مقاومتی خاک، آزمایش برش مستقیم کوچک مقیاس (10 در 10سانتیمتر) در حالت تحکیم یافته زهکشی شده استفاده شده است. نتايج اين تحقیق نشان دادند كه امکان بهبود برای همه نمونه­های خاک (از 100 درصد درشت دانه(ماسه) تا 100 درصد ریزدانه(رس)) وجود داشته و در ماسه افزایش مقاومت بیش از سایر نمونه­ها است.

واژگان کلیدی: بهسازی بیولوژیکی، خصوصیات مقاومتی خاک، تاثیر درصد ریزدانه

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                             صفحه

 

فصل اوّل: مقدمه                                                                            

    ۱-۱- کلیات                                                                                        ۲

    ۱-۲- بیان مساله و اهمیت پژوهش                                                               ۴

   ۱-۳- اهداف پژوهش                                                                                ۵

فصل دوّم: مبانی نظری و پیشینه پژوهش                                                                           

    ۲-۱- مقاومت برشی خاک                                                                        ۷

        ۲-۱-۱- مقدمه                                                                                 ۷

        ۲-۱-۲- پوش گسیختگی موهر و خط گسیختگی موهر – کولمب                         ۸

       ۲-۱-۳- تعیین پارامترهای مقاومت برشی در آزمایشگاه                                    ۹

          ۲-۱-۳-۱- آزمایش فشاری محدود نشده                                                 ۹

           ۲-۱-۳-۲- آزمایش سه محوری                                                            ۱۰

           ۲-۱-۳-۳- آزمایش برش مستقیم                                                         ۱۰

              ۲-۱-۳-۳-۱- معایب آزمایش برش مستقیم                                           ۱۲

             ۲-۱-۳-۳-۲- مزایای آزمایش برش مستقیم                                            ۱۲

    ۲-۲- بهسازی بیولوژیک                                                                           ۱۴

       ۲-۲-۱- مقدمه                                                                                 ۱۴

       ۲-۲-۲- بیوژئوتکنولوژی                                                                       ۱۵

       ۲-۲-۳- باکتری و خاک                                                                        ۱۵

           ۲-۲-۳-۱- ویژگی‌های باکتری‌ها                                                           ۱۵

           ۲-۲-۳-۲- انواع باکتری‌ها                                                                  ۱۶

               ۲-۲-۳-۲-۱- باکتری‌های هوازی و غیر هوازی                                       ۱۶

               ۲-۲-۳-۲-۲- دسته‌بندی باکتری‌ها بر اساس فعالیت آنها                            ۱۶

           ۲-۲-۳-۳- کنترل باکتری‌ها در خاک                                                     ۱۷

       ۲-۲-۴- بهسازی بیولوژیکی خاک                                                             ۱۷

           ۲-۲-۴-۱- روش‌های مختلف بهسازی بیولوژیکی                                         ۱۸

           ۲-۲-۴-۲- محصولات ناشی از فرایند‌های بیولویک در خاک                             ۱۹

           ۲-۲-۴-۳- مقیاس فرایندهای زیستی در خاک                                           ۲۳

           ۲-۲-۴-۴- فرایند رسوب میکروبی کلسیت                                               ۲۵

               ۲-۲-۴-۴-۱- مکانیزم فرایند رسوب میکروبی کلسیت                               ۲۵

                   ۲-۲-۴-۴-۱-۱- باکتری‌های خانواده باسیلوس                                    ۳۰

                       ۲-۲-۴-۴-۱-۱-۱- باسیلوس اسفاریکوس                                     ۳۰

                   ۲-۲-۴-۴-۱-۲- باکتری‌های نیتروژن زا                                           ۳۱

             ۲-۲-۴-۴-۲- پارامترهای موثر در فرایند میکروبی رسوب کلسیت                    ۳۲

             ۲-۲-۴-۴-۳- الزامات و محدودیت‌های روش بیولوژیکی بر اساس رسوب میکروبی                 ناشی از کربنات کلسیم با هیدرولیز اوره                                                  ۳۳

             ۲-۲-۴-۴-۴- کاربردهای مهندسی رسوب میکروبی کلسیت                           ۳۴

    ۲-۳- پیشینه پژوهش                                                                             ۳۸

    ۲-۴- مروری بر چند کار اجرایی                                                                 ۴۴

فصل سوم: روش‌های انجام پژوهش

    ۳-۱- نمونه خاک‌های تحت بررسی                                                               ۴۸

    ۳-۲- محیط کشت و کشت باکتری                                                              ۵۳

        ۳-۲-۱- تهیه محیط کشت                                                                    ۵۵

        ۳-۲-۲- نحوه اندازه‌گیری غلظت محلول باکتری                                            ۶۰

    ۳-۳- انتقال محلول باکتری و محلول کلرید کلسیم به نمونه‌های خاک                        ۶۱

    ۳-۴- تراکم نمونه خاک و نگهداری نمونه‌ها                                                      ۶۳

     ۳-۵- آزمایش برش مستقیم بر اساس ASTM D3080                                                 ۶۴

        ۳-۵-۱- تجهیزات آزمایش برش مستقیم                                                    ۶۵

        ۳-۵-۲- مراحل آزمایش برش مستقیم انجام شده بر روی نمونه‌ها                         ۶۷

    ۳-۶- بررسی تغییرات ایجاد شده توسط باکتری در خاک                                      ۷۰

        ۳-۶-۱- بررسی تغییرات pH                                                                                  ۷۰

        ۳-۶-۲- آنالیز پراش پرتو ایکس                                                              ۷۱

        ۳-۶-۳- تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی                                              ۷۱

    ۳-۷- متغیرها                                                                                      ۷۳

        ۳-۷-۱- نمونه خاک                                                                           ۷۳

        ۳-۷-۲- شرایط در نظر گرفته شده در مرحله بهبود با روش بیولوژیکی                    ۷۳

فصل چهارم: نتایج و بحث

    ۴-۱- بررسی تغییرات چگالی نسبی(Gs) نمونه ها بر حسب درصد ریزدانه رسی              ۷۷

   ۴-۲- بررسی تغییرات درصد تخلخل حداقل(emin) و درصد تخلخل (e) نمونه ها بر حسب          درصد ریزدانه رسی                                                                                             ۷۸

   ۴-۳- بررسی تاثیر درصد ریزدانه رسی بر وزن مخصوص خشک حداکثر نمونه­های بهبود             نیافته                ۸۰

   ۴-۴- بررسی نتایج آزمایش برش مستقیم انجام شده بر روی نمونه های بهبود نیافته         ۸۱

   ۴-۵- بررسی منحنی رشد باکتری باسیلوس اسفاریکوس در دمای ۵/۲۸ درجه سانتی­گراد               در شرایط مختلف                                                                                                 ۸۵

   ۴-۶- بهترین زمان تراکم پس از اختلاط محلول باکتری و کلسیم کلرید با خاک              ۸۶

   ۴-۷- بررسی امکان بهبود خصوصیات مقاومتی خاک با استفاده از روش بیولوژیکی رسوب       میکروبی کلسیت                                                                                                   ۸۸

   ۴-۸- شناسایی فرایندها                                                                            ۹۳

      ۴-۸-۱- نتایج اندازه­گیری pH                                                                                  ۹۳

      ۴-۸-۲- آنالیز XRD                                                                                               ۹۴

      ۴-۸-۳- تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونیSEM                                                   ۹۸

فصل چهارم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات

    ۵-۱- نتیجه‌گیری                                                                                  ۱۰۳

   ۵-۲- پیشنهادات                                                                                   ۱۰۴

منابع

    منابع فارسی                                                                                        ۱۰۵

    منابع انگلیسی                                                                                      ۱۰۸

پیوست‌ها

    پیوست ۱- خط گسیختگی موهر – کولمب برای تمام نمونه­های خاک بهبود نیافته          ۱۱۴

   پیوست ۲-  نمودارهای تغییر شکل قائم بر حسب تغییر شکل افقی برای تمام نمونه­های              خاک بهبود نیافته                                                                                        ۱۱۵

   پیوست ۳- نمودارهای تنش برشیبر حسب تغییر شکل افقی برای تمام نمونه­های خاک              بهبود نیافته                                                                                               ۱۱۶

  پیوست ۴- خط گسیختگی موهر – کولمب برای تمام نمونه­های خاک بهبود یافته             ۱۱۷

  پیوست ۵- نمودارهای تغییر شکل قائم بر حسب تغییر شکل افقی برای تمام نمونه­های                خاک بهبود یافته                                                                                         ۱۱۸

  پیوست ۶- نمودارهای تنش برشی بر حسب تغییر شکل افقی برای تمام نمونه­های خاک              بهبود یافته          ۱۱۹

 پیوست ۷-  نمودارهای تغییر شکل قائم و تنش برشی بر حسب تغییر شکل افقی برای                   تمام نمونه­های خاک بهبود نیافته و بهبود یافته                                                              ۱۲۰

چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی

 

فهرست جدول­ها

عنوان                                                                                                               صفحه

 

جدول ۳-۱- نمونه های خاک مورد بررسی                                                          ۴۸

جدول ۳-۲- خصوصیات خاک درشت دانه تحت بررسی در این پژوهش                          ۴۹

جدول ۳-۳- خصوصیات خاک ریزدانه تحت بررسی در این پژوهش                               ۵۰

جدول ۳-۴- نتایج آزمایش تراکم به روش پروکتور استاندارد                                      ۵۲

جدول ۳-۵- ترکیبات لازم برای محیط کشت مایع و جامد                                        ۵۴

جدول ۳-۶- شرایط بهینه برای بهبود خاک با باکتری باسیلوس اسفاریکوس در پژوهش­های            انجام شده دانشگاه شیراز                                                                                          ۷۴

جدول ۴-۱- تغییرات درصد تخلخل حداقل(emin) و درصد تخلخل (e) نمونه­ها بر حسب               درصد ریزدانه رسی                                                                                       ۷۸

جدول ۴-۲- پارامترهای مقاومتی نمونه­های خاک بهبود نیافته                                    ۸۱

جدول ۴-۳- بررسی بهترین زمان تراکم پس از اختلاط محلول باکتری با غلظت ۵/۲                          و کلسیم کلرید۱۰% با نمونه ۱۰۰ درصد درشت­دانه                                                        ۸۷

جدول ۴-۴- مقایسه پارامترهای مقاومتی نمونه­های خاک بهبود یافته به روش بیولوژیکی              رسوب میکروبی کلسیت نسبت به نمونه­های بهبود نیافته                                                       ۸۹

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                               صفحه

 

شکل ۲-۱- معیار گسیختگی موهر و معیار گسیختگی موهر-کولمب                              ۸

شکل ۲-۲- آزمایش فشاری محدود نشده                                                           ۹

شکل۲-۳- آزمایش سه محوری                                                                      ۱۰

شکل۲-۴- نمودار تنش برشی در مقابل تغییر مکان برشی برای ماسه خشک شل و متراکم     ۱۲

شکل ۲-۵- شکل شماتیک دستگاه آزمایش برش مستقیم                                         ۱۳

شکل ۲-۶- مقطع سه بعدی جعبه برش مستقیم با پلان مربع شکل                              ۱۳

شکل ۲-۷- دستگاه آزمایش برش مستقیم با کنترل کرنش                                        ۱۳

شکل ۲-۸- فرایندهای بهسازی بیولوژیکی خاک                                                    ۱۸

شکل ۲-۹- تصویر میکروسکوپ الکترونی از رسوب میکروبی کلسیت تشکیل شده در اطراف            ماسه به وسیله باکتری باسیلوس پاستوری                                                                      ۲۰

شکل ۲-۱۰- تصاویر میکروسکوپ فلورسانس لیزری هم کانونی از دانه‌های ماسه اندود شده                با بیو- فیلم                                                                                            ۲۱

شکل ۲-۱۱- باکتری استافیلوکوک اورئوس (در بیو فیلم)                                         ۲۱

شکل ۲-۱۲- تاثیر اندازه ذرات خاک در بهسازی زیستی                                           ۲۴

شکل ۲-۱۳- خروج یک سلول باکتریایی از محدوده ریز متخلخل در محیط‌های ساختار یافته

متخلخل                                                                                                ۲۵

شکل ۲-۱۴- تصویر میکروسکوپ الکترونی از بخش نازکی از ماسه سنگ ایجاد شده بر اثر             فرایند رسوبی میکروبی کلسیت                                                                                  ۲۶

شکل ۲-۱۵- شکل شماتیک از فرایند رسوب میکروبی کلسیت با مکانیزم هیدرولیز اوره        ۲۸

شکل ۲-۱۶- منشاء رسوب کلسیت ایجاد شده به وسیله باکتری‌های هیدرولیز کننده اوره      ۲۸

شکل ۲-۱۷- کلونی باکتری باسیلوس اسفاریکوس                                                  ۳۱

شکل ۲-۱۸- آب بندی شکاف­های هیدرولیکی زیر سطحی                                        ۳۵

شکل ۲-۱۹- به منظور بهره­وری بیش­تر از چاه­های نفتی                                          ۳۵

شکل ۲-۲۰- بهسازی خاک و تثبیت شیب­ها                                                       ۳۵

شکل ۲-۲۱- کاهش پراکنش گرد و غبار سطحی                                                   ۳۶

شکل ۲-۲۲- ترمیم ترک­های بتن و ساخت بتن­های خود ترمیم                                  ۳۶

شکل ۲-۲۳- پوشش آلودگی­های نفتی                                                              ۳۶

شکل ۲-۲۴- پوشش سنگ آهک و بتن                                                             ۳۷

شکل ۲-۲۵- آب بندی آبگیرها و مخازن                                                            ۳۷

شکل ۲-۲۶- به منظور کنترل آب­های نمکین و آب­های زیرزمینی آلوده                         ۳۷

شکل ۲-۲۷- پاک­سازی آب­های زیرزمینی                                                          ۳۸

شکل ۲-۲۸- عملیات تزریق میکروبی در هلند به منظور تثبیت جداره خط لوله افقی           ۴۵

شکل ۲-۲۹- نمونه شن سیمانته شده با روش رسوب میکروبی کلسیت                           ۴۵

شکل ۳-۱- نمودار دانه بندی خاک درشت دانه(ماسه)                                            ۵۰

شکل ۳-۲- نمودار دانه ­بندی خاک ریزدانه(رس)                                                  ۵۱

شکل ۳-۳- مواد مصرف شده در محیط کشت مایع                                                 ۵۴

شکل ۳-۴- تصویر دستگاه انکوباتور مورد استفاده                                                   ۵۵

شکل ۳-۵- تصویری از فالکون­های با حجم ۵۰ میلی­متر                                           ۵۵

شکل ۳-۶- ویال­های حاوی باکتری باسیلوس اسفاریکوس                                         ۵۵

شکل ۳-۷- تصویر دستگاه اتوکلاو مورد استفاده                                                    ۵۶

شکل ۳-۸- نحوه فیلتر کردن اوره با فیلتر و سرنگ در زیر هود آزمایشگاهی                     ۵۷

شکل ۳-۹- تصویر دستگاه اسپکتروفتومتر مورد استفاده                                           ۵۸

شکل ۳-۱۰- مقایسه محیط کشت و محلول حاوی باکتری                                         ۵۸

شکل ۳-۱۱- تصویر لوپ مورد استفاده                                                              ۵۹

شکل ۳-۱۲- تصویر گلس بار(میله شیشه‌ای) مورد استفاده                                        ۵۹

شکل ۳-۱۳- محیط کشت جامد در پتری دیش و باکتری‌های رشد کرده پس از یک روز       ۶۰

شکل ۳-۱۴- تصویر کووت مورد استفاده                                                            ۶۱

شکل ۳-۱۵- نحوه قرار گیری کووت­ها در دستگاه اسپکتروفتومتر                                ۶۱

شکل ۳-۱۶- سرنگ، محلول حاوی باکتری، محلول کلرید کلسیم و خاک                        ۶۲

شکل ۳-۱۷- نحوه اضافه کردن محلول­ها به خاک                                                  ۶۲

شکل ۳-۱۸- نحوه نگهداری نمونه ها تا ۲۴ ساعت پس از اختلاط با محلول­ها                   ۶۳

شکل ۳-۱۹- متراکم کردن نمونه‌ها در  جعبه برش با وزنه                                         ۶۴

شکل ۳-۲۰- نحوه نگهداری نمونه پس از تراکم تا شروع مرحله آزمایش برش مستقیم         ۶۴

شکل ۳-۲۱- تجهیزات دستگاه برش مستقیم                                                       ۶۶

شکل ۳-۲۲- دستگاه برش به همراه LVDT و تجهیزات اندازه­گیری و ثبت نتایج                ۶۷

شکل ۳-۲۳- غوطه­ورسازی نمونه­ در آب                                                            ۶۸

شکل ۳-۲۴- گیج مورد استفاده برای اندازه‌گیری تغییر شکل قائم در مدت زمان تحکیم       ۶۹

شکل ۳-۲۵- نگهداری نمونه‌ها در مدت زمان تحکیم به منظور حفظ شرایط اشباع              ۶۹

شکل ۳-۲۶- تصویر میکروسکوپ الکترونی                                                          ۷۲

شکل ۳-۲۷- تصویر دستگاه طلا اندود کردن نمونه‌ها                                               ۷۲

شکل ۴-۱- تغییرات چگالی نسبی(Gs) نمونه­ها بر حسب درصد ریزدانه رسی                    ۷۷

شکل ۴-۲- تغییرات درصد تخلخل حداقل(emin) و درصد تخلخل (e) نمونه­ها بر حسب                  درصد ریزدانه رسی                                                                                       ۷۹

شکل ۴-۳- نمودار تغییرات وزن مخصوص خشک حداکثر با افزایش درصد ریزدانه رسی        ۸۰

شکل ۴-۴- نمودار تغییرات چسبندگی نمونه­های خاک بهبود نیافته با افزایش درصد ریزدانه           رسی                ۸۲

شکل ۴-۵- نمودار تغییرات زاویه اصطکاک داخلی زهکشی شده نمونه­های خاک بهبود نیافته              با افزایش درصد ریزدانه رسی                                                                            ۸۳

شکل ۴-۶-  مقایسه نمودار تغییرات تغییر شکل قائم نسبت به تغییر شکل افقی نمونه­ها تحت         تنش نرمال ۷۵ کیلوپاسکال نمونه­های خاک بهبود نیافته                                             ۸۴

شکل ۴-۷-  مقایسه نمودار تغییرات مقاومت برشی نسبت به تغییر شکل افقی نمونه­ها تحت            تنش نرمال ۷۵ کیلوپاسکال نمونه­های خاک بهبود نیافته                                             ۸۵

شکل ۴-۸-  منحنی رشد باکتری باسیلوس اسفاریکوس در دمای ۵/۲۸ درجه سانتی­گراد در          شرایط مختلف                                                                                            ۸۶

شکل ۴-۹- تغییرات درصد افزایش چسبندگی نمونه­های بهبود یافته نسبت به درصد ریزدانه            رسی               ۹۰

شکل ۴-۱۰- تغییرات زاویه اصطکاک داخلی زهکشی شده نمونه­های بهبود یافته نسبت به             درصد ریزدانه رسی                                                                                       ۹۲

شکل ۴-۱۱- نمودار تغییرات pH خاک بهبود یافته با باکتری با گذشت زمان                    ۹۳

شکل ۴-۱۲- تطابق پیک­های استاندارد کلسیت بر پیک­های نمودار XRD نمونه خاک ۱۰۰           درصد درشت­دانه بهبود نیافته و بهبود یافته                                                                     ۹۵

شکل ۴-۱۳- تطابق پیک­های استاندارد کلسیت بر پیک­های نمودار XRD نمونه خاک ۸۰             درصد درشت­دانه + ۲۰ درصد ریزدانه بهبود نیافته و بهبود یافته                                              ۹۶

شکل ۴-۱۴- تطابق پیک­های استاندارد کلسیت بر پیک­های نمودار XRD نمونه خاک ۱۰۰            درصد ریزدانه بهبود نیافته و بهبود یافته                                                                     ۹۷

شکل ۴-۱۵- تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه خاک ۱۰۰ درصد درشت­دانه بهبود نیافته                  و بهبود یافته با روشMICP با بزرگنمایی ۵۰۰ برابر                                                  ۹۸

شکل ۴-۱۶- تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه خاک ۱۰۰ درصد درشت­دانه بهبود نیافته                  و بهبود یافته با روشMICP با بزرگنمایی ۱۰۰۰ برابر                                                ۹۸

شکل ۴-۱۷- تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه خاک ۱۰۰ درصد درشت­دانه بهبود نیافته                  و بهبود یافته با روشMICP با بزرگنمایی ۲۰۰۰ برابر                                                ۹۹

شکل ۴-۱۸- تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه خاک ۱۰۰ درصد ریزدانه بهبود نیافته                      و بهبود یافته با روشMICP با بزرگنمایی ۵۰۰ برابر                                                  ۹۹

شکل ۴-۱۹- تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه خاک ۱۰۰ درصد ریزدانه بهبود نیافته                      و بهبود یافته با روشMICP با بزرگنمایی ۱۰۰۰ برابر                                                ۱۰۰

شکل ۴-۲۰- تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه خاک ۱۰۰ درصد ریزدانه بهبود نیافته                      و بهبود یافته با روشMICP با بزرگنمایی ۲۵۰۰ برابر                                                ۱۰۰

شکل ۴-۲۱- تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه خاک ۱۰۰ درصد ریزدانه بهبود نیافته                      و بهبود یافته با روشMICP با بزرگنمایی ۵۰۰۰ برابر                                                ۱۰۰

شکل ۴-۲۲- نمونه خاک ۱۰۰ درصد ریزدانه و ۱۰۰ درصد درشت­دانه بهبود یافته با روش            MICP با بزرگنمایی ۱۰۰۰ برابر                                                                             ۱۰۱

نقد و بررسی‌ها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “بررسی تاثیر درصد ریزدانه بر خصوصیات مقاومتی خاک بهسازی شده به روش بیولوژیکی”
قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...