تأثیر تغییر خصوصیات مایع منفذی و افزایش درجه حرارت بر پارامترهای ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست‌محیطی رس اسمکتیت

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا

2 گروه عمران، دانشکده مهندسی، گروه عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد همدان

چکیده

اسمکتیت به واسطه داشتن یک سری خصوصیات مهندسی ویژه، در بسیاری از پروژه­های عمرانی و زیست­محیطی همچون دفن مهندسی زباله­های اتمی، مراکز دفن زباله صنعتی و شهری، و دیواره­های آب بند، مورد استفاده قرار می­گیرد. علی­رغم تحقیقات وسیعی که در زمینه رفتار مهندسی رس اسمکتیت انجام شده­است، به موضوع تأثیر تغییر خصوصیات مایع منفذی و افزایش حرارت بر پارامترهای ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست­محیطی اسمکتیت در تحقیقات قبلی، توجه کمتری معطوف شده است. در تحقیق حاضر، تأثیر تغییر مایع منفذی و گرادیان حرارتی بر رفتار فیزیکی- مکانیکی اسمکتیت مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است. این مطالعات در مقیاس درشت­ساختاری و ریزساختاری انجام شده است. برای تغییر مشخصات محیطی مجاور خاک از الکترولیت­های حاوی کاتیون سدیم و کلسیم و تغییر شرایط گرمایی تا محدوده °C200 استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می­دهند که بر اثر مجاورت خاک با رژیم آبی حاوی املاح و همچنین تغییرات دمایی، قابلیت جذب و نگهداری آب توسط اسمکتیت و رفتار مکانیکی آن تغییر می­کند. دامنه این تغییرات در برخی از موارد مورد مطالعه بیش از 50% بوده است. با توجه به نتایج آزمایش­های ریزساختاری، علت تغییر در رفتار اسمکتیت بعد از اندرکنش با الکترولیت­های مختلف و افزایش درجه حرارت، ناشی از تغییر مورفولوژی، تغییر در نیروهای بین پولک­ها و ایجاد آرایش جدید پولک­های رسی بوده که سبب تغییر در رفتار بزرگ­ساختاری خاک می­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Pore Fluid Properties and the Increase of Temperature on Geotechnical and Geo-Environmental Parameters of Smectite

نویسندگان [English]

  • Vahid Reza Ouhadia 1
  • Amir Reza Goodarzi 2
1 Faculty of Civil Engineering, Bu-Ali Sina University
2 Faculty of Civil Engineering, Hamedan Branch, Islamic Azad University

کلیدواژه‌ها [English]

  • smectite
  • Pore fluid
  • Temperature
  • Microstructure change
  • Engineering properties change
[1]     Koch, D., "Bentonite as a Basic Materials for Technical Base Liners and Site Encapsulation Cut-off Walls", Applied Clay Science, 2002, 21, 1-11.
[2]        Yong, R. N., Ouhadi, V. R., Goodarzi, A. R., "Effect of Cu2+ Ions and Buffering Capacity on Smectite Microstructure and Performance", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2009, 135, 1981-1985.
[3]        Ahn, H. S., Jo, H. Y., "Influence of Exchangeable Cations on Hydraulic Conductivity of Compacted Bentonite", Applied Clay Science, 2009, 44, 144-150.
[4]        Nevels, J. B., "Dispersive Clay Embankment Erosion: A Case History", National Academy Press, Washington D. C., 1993, studied the 50-57.
[5]        Shackelford, C. D., Benson, C. H., Katsumi, T., Edil, T. B., Lin, L., "Evaluation the Hydraulic Conductivity of GCLs Permeated with Non-standard Liquids", Geotextiles and Geomembranes, 2000, 18, 133-161.
[6]        Kaya, A., Fang, H. Y., "The Effects of Organic Fluids on Physicochemical Parameter of Fine-grained Soils", Canadian Geotechnical Journal, 2000, 37, 943-950.
[7]        Casás, M., Pozo, M., Gómez, C. P., Pozo, E., Bessières, L. D., Plantier, F., Legido, J. L., "Thermal Behavior of Mixtures of Bentonitic Clay and Saline Solutions", Applied Clay Science, 2013, 72, 18-25.
[8]        Ouhadi, V. R., Yong, R. N., Sedighi, M., "Influence of Heavy Metal Contaminants at Variable pH Regimes on Rheological Behaviour of Bentonite", Applied Clay Science, 2006, 3, 217-231.
[9]        Di Maio, V., Santoli, L., Schiavone, P., "Volume Change Behaviour of Clays: the Influence of Mineral Composition, Pore Fluid Composition and Stress State", Mechanics of Materials, 2004, 36, 435-451.
[10]     Ye, W. M., Borrell, N. C., Zhu, J. Y., Chen, B., Chen, Y. G., "Advances on the Investigation of the Hydraulic Behavior of Compacted GMZ Bentonite", Engineering Geology, 2014, 169, 41-49.
[11]     Pusch, R., "Geological Storage of Highly Radioactive Waste", Springer, 2008.
[12]     Bennett, D. G., Gens, R., "Overview of European Voncepts for High-level Waste and Spent Fuel Disposal with Special Reference Waste Container Corrosion", Nuclear Materials, 2008, 379, 1-8.
[13]     Gu, B. X., Wang, L. M., Minc, L. D., Ewing, R. C., "Temperature Effects on the Radiation Stability and Ion Exchange Capacity of Smectites", Nuclear Materials, 2001, 297, 345-354.
[14]     ASTM, "Annual Book of ASTM Standards", Philadelphia, 2003.
[15]     Yong, R. N., Mohamed, A. M. O., Warkentin, B. P., "Principles of Contaminant  Transport in Soils", Elsevier, 1992.
[16]     Dananaj, I., Frankovska´, J., Janotka, I., "The Influence of Smectite Content on Microstructure and Geotechnical Properties of Calcium and Sodium Bentonites", Applied Clay Science, 2005, 28, 223-232.
[17]     Mitchell, J. K., Madsen, F. T., "Chemical Effects on Clay Hydraulic Conductivity", Geotechnique, 1987, 13, 87-116.
[18]     Wersin, P., Johnson, L. H., McKinley, I. G., "Performance of the Bentonite Barrier at Temperatures Beyond 100 °C: A Critical Review", Physics and Chemistry of the Earth, 2007, 32, 780-788.
[19]     Suzuki, S., Sazarashi, M., Akimoto, T., Haginuma, M., Suzuki, K., "A Study of the Mineralogical Alteration of Bentonite in Saline Water", Applied Clay Science, 2008, 41, 190-198.
[20]     Ouhadi, V. R, Yong, R. N., Goodarzi, A. R., Safari-Zanjani, M., "Effect of Temperature on the Re-structuring of the Microstructure and Geo-environmental Behaviour of Smectite", Applied Clay Science, 2010, 47, 2-9.
[21]     Ouhadi, V. R., Goodarzi, A. R., "Assessment of the Stability of a Dispersive Soil Treated by Alum", Engineering Geology, 2006, 85, 91-101.
[22]     Alawaji, A. H., "Swell and Compressibility Characteristics of Sand-bentonite Mixtures Inundated with Liquids", Applied Clay Science, 1999, 15, 411-430.
[23]     Ouhadi, V. R., Yong, R. N., Bayesteh, H., and Goodarzi, A. R., "Influence of Potential Determining Ions on the Microstructural Performance and Contaminant Adsorption of A Homoionic Illitic Clay", Water, Air, and Soil Pollution, 2007, 181, 77-93.
[24]     Manjanna, J., Kozaki, T., Sato, S., "Fe (III)-Montmorillonite: Basic Properties and Diffusion of Tracers Relevant to Alteration of Bentonite in Deep Geological Disposal", Applied Clay Science, 2009, 43, 208-217.
[25]     Herbert, H. J., Moog, H. C., "Cation Exchange, Interlayer Spacing, and Water Content of MX-80 Bentonite in High Molar Saline Solution", Engineering Geology, 1999, 54, 55-65.
[26]     EPA530-F-97-002, "Geosynthetic Clay Liners Used in Municipal Solid Waste Landfills", United States Environmental Protection Agency, Solid Waste and Emergency Response, (5306W), 1997.
[27]     Lloret, A., Villar, M. V., "Advances on the Knowledge of the Thermo-hydro-mechanical Behaviour of Heavily Compacted "FEBEX", bentonite", Physics and Chemistry of the Earth, 2007, 32, 701-715.
[28]     Fredlund, D. G., Rahardjo, H., "Soil Mechanics for Unsaturated Soils", John Wiley & Sons, Ltd., 1993.
[29]     Rosborg, B., Werme, L., "The Swedish Nuclear Waste Program and the Long-term Corrosion Behaviour of Copper", Journal of Nuclear Materials, 2008, 379, 142-153.
[30]     SKB, SR-97, "Waste, Repository Design and Sites", Technical Report TR-99-08, Stockholm, Sweden, 1999.