بررسی تأثیرات سیکل‌های ذوب و انجماد بر پارامترهای تغییرشکلی ماسه تثبیت شده به روش بیولوژیکی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی

2 گروه مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه نیوهمشایر، آمریکا

چکیده

با توجه به مشکلات اقتصادی و زیست­ محیطی استفاده از مواد تثبیت ­کننده سنتی مانند سیمان و آهک، بکارگیری روش ­های نوین بهسازی خاک نظیر روش بیولوژیکی مورد توجه مهندسین ژئوتکنیک قرارگرفته است. به­دلیل وجود مناطق گسترده در جهان و ایران با شرایط محیطی گوناگون، لازم است که کارایی تثبیت خاک در محیط­ های گوناگون ارزیابی شود و در این راستا لزوم بررسی تأثیر شرایط محیطی بر کارایی روش تثبیت نوین بیولوژیکی احساس می ­گردد. از سوی دیگر در طراحی یک سازه ژئوتکنیکی باید به دو عامل مقاومت و تغییرشکل توجه نمود، ازاین ­رو در این پژوهش تأثیرات سیکل‌های ذوب و انجماد بر پارامترهای تغییرشکلی ماسه تثبیت ­شده به ­روش بیولوژیکی ارزیابی می ­شود و عوامل گوناگونی نظیر فشار همه­ جانبه، تعداد سیکل‌های ذوب و انجماد تغییرات دما در هر سیکل و مدت زمان هر سیکل مورد ارزیابی قرار می ­گیرد. بدین منظور آزمایش ­های سه­ محوری استاتیکی تحکیم­ یافته زهکشی­ نشده انجام می ­شود و منحنی ­های تنش انحرافی- کرنش محوری، سختی و تری (Esec)، سختی مماسی (Etan)، سختی معادل 50 درصد مقاومت بیشینه (E50) و انرژی جذب­ شده (EA) مورد ارزیابی قرار می­ گیرد. به ­منظور طراحی آزمایش ­ها و ارائه رابطه‌ای برای پیش ­بینی برخی از پارامترهای تغییرشکلی از روش تاگوچی (Taguchi) استفاده می ­شود. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می ­دهد که اعمال سیکل‌های ذوب و انجماد موجب کاهش پارامترهای تغییرشکلی نمونه ­های تثبیت ­شده می­ شود. اثر مخرب سیکل‌های ذوب و انجماد بر سختی بیشتر از انرژی جذب ­شده می­ باشد. همچنین نتایج تحلیل واریانس مشخص ساخت که به ­ترتیب، فشار همه ­جانبه، تعداد سیکل‌های ذوب و انجماد، کمینه دمای سیکل‌ها، بیشینه دمای سیکل‌ها و مدت زمان آن‌ها بیشترین اهمیت را در مقدار E50 دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of the Effects of Freeze-Thaw Cycles on the Deformation Parameters of Biologically Stabilized Sand

نویسندگان [English]

  • Mina Malekdust Pishkenari 1
  • Mohammad Azadi 1
  • Majid Ghayoomi 2
1 Department of Civil Engineering, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran
2 Department of Civil and Environmental Engineering, University of New Hampshire, NH, USA
چکیده [English]

In designing a geotechnical structure, two factors of resistance and deformation should be considered, so in this study, the effects of melting and freezing cycles on the deformation parameters of biologically stabilized sand are evaluated and various factors such as all-round pressure, number Melting and freezing cycles Temperature changes in each cycle and the duration of each cycle are evaluated. For this purpose, non-drained reinforced static triaxial tests are performed and the deviation-axis-strain stress curves, chord stiffness (Esec), tangential stiffness (Etan), stiffness equal to 50% of maximum resistance (E50) and absorbed energy (EA) are performed). Is evaluated. The Taguchi method is used to design experiments and provide a relationship to predict some deformation parameters. The results of this study show that the application of melting and freezing cycles reduces the deformation parameters of stabilized samples. The destructive effect of melting and freezing cycles on hardness is greater than the absorbed energy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MICP
  • Freeze-thaw
  • Deviatoric strength
  • Taguchi method

مراجع

داریوش شریفی ا، اردکانی ع، قاسمعلی گ، "بررسی عوامل مؤثر بر عملکرد بهسازی خاک به ­روش بیولوژیکی در خاک ­های ماسه ­ای با درصد ریزدانه متفاوت"، مهندسی عمران مدرس، 1397، 18، 127-138.
ملکی کاکلر م، ابراهیمی س، اسدزاده ف، امامی تبریزی م، "ارزیابی کارایی رسوب میکروبی کربنات برای تثبیت شن‌های روان"، تحقیقات آب و خاک ایران، 2016، 47 (2)، 407-415.
https://doi.org/10.22059/ijswr.2016.58345
Al Qabany A, Soga K, Santamarina J, “Factors Affecting Efficiency of Microbially Induced Calcite Precipitation”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2012, 138, 992-1001. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000666
Amakye SY, Abbey SJ, “Understanding the performance of expansive subgrade materials treated with non-traditional stabilisers: A review”, Cleaner Engineering and Technology, 2021, 4, 100159. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.clet.2021.100159
Amini Y, Hamidi A, “Triaxial shear behavior of a cement-treated sand-gravel mixture”, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2014, 6 (5), 455-465.
        https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2014.07.006
Binal A, Viran P, “Effects of repeated freeze-thaw cycles on physico-mechanical properties of cohesive soils”, Arabian Journal of Geosciences, 2018, 11. https://doi.org/10.1007/s12517-018-3592-5
Cheng L, Cord-Ruwisch R, Shahin M, “Cementation of sand soil by microbially induced calcite precipitation at various degrees of saturation”, Canadian Geotechnical Journal, 2013, 50, 81-90. https://doi.org/10.1139/cgj-2012-0023
Cheng L, Shahin M, “Urease active bioslurry: A novel soil improvement approach based on microbially induced carbonate precipitation”, Canadian Geotechnical Journal, 2016, 53.
        https://doi.org/10.1139/cgj-2015-0635
De Muynck W, De Belie N, Verstraete W, “Microbial carbonate precipitation in construction materials: A review”, Ecological Engineering, 2010, 36 (2), 118-136. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2009.02.006
Dejong J, Fritzges M, Nüsslein K, “Microbially Induced Cementation to Control Sand Response to Undrained Shear”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering - J Geotech Geoenviron ENG, 2006, 132.
https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2006)132:11(1381)
Do J, Montoya B, Gabr M, “Mechanical behavior of sands treated by microbial induced calcite precipitation at low confining stress”, 2017.
Duo L, Kan-liang T, Hui-li Z, Yu-yao W, Kang-yi N, Shi-can Z, “Experimental investigation of solidifying desert aeolian sand using microbially induced calcite precipitation”, Construction and Building Materials, 2018, 172, 251-262.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.03.255
Emami Tabrizi M, Mohammad Seyyedi B, “Evaluation of a New Injection Method for Biologically Improvement of Sandy Soils”, Journal of Engineering Geology, 2019, 13 (1), 29-44.
https://doi.org/10.18869/acadpub.jeg.13.1.29
Eslami J, Walbert C, Beaucour A-L, Bourges A, Noumowe A, “Influence of physical and mechanical properties on the durability of limestone subjected to freeze-thaw cycles”, Construction and Building Materials, 2018, 162, 420-429.
        https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.12.031
Fakhrabadi A, Ghadakpour M, Choobbasti A, Soleimani Kutanaei S, “Evaluating the durability, microstructure and mechanical properties of a clayey-sandy soil stabilized with copper slag-based geopolymer against wetting-drying cycles”, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2021, 80.
https://doi.org/10.1007/s10064-021-02228-z
Ghadakpour M, Fakhrabadi A, Choobbasti A, Soleimani Kutanaei S, Vafaei A, Taslimi Paein Afrakoti M, Eisazadeh N, “Effect of post-construction moisture condition on mechanical behaviour of Fiber-reinforced-cemented-sand (FRCS)”, Geomechanics and Geoengineering, 2021, 17, 1-13.
        https://doi.org/10.1080/17486025.2021.1980230
Gowthaman S, Nakashima K, Kawasaki S, “Freeze-thaw durability and shear responses of cemented slope soil treated by microbial induced carbonate precipitation”, Soils and Foundations, 2020, 60 (4), 840-855. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.sandf.2020.05.012
Jacoby P, Pelisser F, “Pozzolanic effect of porcelain polishing residue in Portland cement”, Journal of Cleaner Production, 2015, 100.
        https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.03.096
Liu S, Wen K, Armwood C, Bu C, Li C, Amini F, Li L, “Enhancement of MICP-Treated Sandy Soils against Environmental Deterioration”, Journal of Materials in Civil Engineering, 2019, 31, 04019294. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002959
Modarres A, Hesami S, Soltaninejad M, Madani H, “Application of coal waste in sustainable roller compacted concrete pavement-environmental and technical assessment”, International Journal of Pavement Engineering, 2016, 1-14.
        https://doi.org/10.1080/10298436.2016.1205747
Moravej S, Habibagahi G, Nikooee E, Niazi A, “Stabilization of dispersive soils by means of biological calcite precipitation”, Geoderma, 2017, 315C, 130-137.
        https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.11.037
Mujah D, Shahin M, Cheng L, “Performance of biocemented sand under various environmental conditions”, 2016.
        https://doi.org/10.20906/CPS/GJ-05-0002
Paassen LA v, Ghose R, Linden TJM v d, Star WRL v d, Loosdrecht MCM v, “Quantifying Biomediated Ground Improvement by Ureolysis: Large-Scale Biogrout Experiment”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2010, 136 (12), 1721-1728. https://doi.org/doi:10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000382
Sharma M, Satyam N, Reddy K, “Effect of freeze-thaw cycles on engineering properties of biocemented sand under different treatment conditions”, Engineering Geology, 2021, 284, 106022. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2021.106022
Sun X, Miao L, Wang H, Chen R, Guo X, “Improvement of characteristics and freeze-thaw durability of solidified loess based on microbially induced carbonate precipitation”, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2021, 80. https://doi.org/10.1007/s10064-021-02241-2
Taslimi Paein Afrakoti M, Choobbasti A, Ghadakpour M, Kutanaei S, “Investigation of the effect of the coal wastes on the mechanical properties of the cement-treated sandy soil”, Construction and Building Materials, 2020, 239.
        https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117848
Zare P, Sheikhi Narani S, Abbaspour M, Fahimifar A, Mir Mohammad Hosseini SM, Zare P, “Experimental investigation of non-stabilized and cement-stabilized rammed earth reinforcement by Waste Tire Textile Fibers (WTTFs)”, Construction and Building Materials, 2020, 260, 120432. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120432
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 53.4، شماره 113 - شماره پیاپی 113
زمستان 1402
اسفند 1402
صفحه 13-23

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار