اثر آلاینده فلز سنگین بر ضریب تغییرات مقادیر شاخص تراکم، شاخص انبساط، و ضریب نفوذپذیری بنتونیت از منظر ریزساختاری

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران، دانشگاه بوعلی سینا همدان

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه بوعلی سینا همدان

3 دانشکده مهندسی، دپارتمان مهندسی عمران، دانشگاه هرمزگان

چکیده

در طراحی­های پروژه­های ژئوتکنیک زیست­محیطی، استفاده از نتایج آزمایش­های مکانیک خاک و به طور خاص ضریب نفوذپذیری، به طور مستقیم بر نتایج طراحی اثرگذار است. به عبارتی یکی از مهمترین پارامترهای مورد نظر در طراحی مراکز دفن زباله و هسته سدهای خاکی، نشست­پذیری، نفوذپذیری و میزان انتقال آب در خاک است. از سوی دیگر در پژوهش­های صورت گرفته در زمینه پروژه­های ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست­محیطی به صورت خاص به نوع کانی رسی و تغییرات خصوصیات سیال حفره­ای و میزان تأثیر این دو پارامتر بر خصوصیات خاک و خطاهای آزمایش­ها توجه خاصی صورت نگرفته است. بر این اساس در پژوهش حاضر، تأثیر حضور آلاینده فلز سنگین بر خطای مقادیر شاخص تراکم (نشانه فشردگی)، شاخص انبساط (نشانه تورم) و ضریب نفوذپذیری بنتونیت (با کانی غالب مونت­موریلونیت) از منظر ریزساختاری مورد مطالعه قرار گرفته­است. در این راستا حدود 100 آزمایش تحکیم و حدود 100 آزمایش جذب اتمی انجام شده­است. آزمایش­ها بر روی نمونه­های رسی بنتونیت حاوی غلظت­های مختلف آلاینده فلز سنگین سرب انجام شده­است. همچنین برای ارزیابی تأثیر تغییر مشخصات سیال حفره­ای بر پارامترها و خطاهای آزمایش­های مکانیک خاک از منظر ریزساختاری، آزمون ارزیابی پراش پرتو ایکس (XRD) و تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) از نمونه­ها تهیه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. از مهمترین نتایج این پژوهش می­توان به وابستگی قابل توجه ضریب نفوذپذیری به خصوصیات الکترولیت آب حفره­ای اشاره نمود، به نحوی که حضور cmol/kg-soil 40 آلاینده فلز سنگین سرب میزان ضریب نفوذپذیری نمونه رسی را حدود 1000 برابر افزایش داده­است. همچنین تغییرات خصوصیات آب حفره‌ای که سبب تغییر در خصوصیات لایه دوگانه می‌شود، بر میزان ضریب تغییرات (CoV) آزمایش­های مورد بررسی تأثیر قابل توجه­ای داشته­است. به نحوی که حضور40 cmol/kg-soil  آلاینده فلز سنگین سرب میزان ضریب تغییرات آزمایش نفوذپذیری را از 17.7% به 9.8% کاهش داده­است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Impact of Heavy Metal Contaminants on Coefficient of Variations of Compression Index, Expansion Index and Permeability Coefficient of Bentonite from Micro-Structural Point of View

نویسندگان [English]

  • Vahid Reza Ouhadi 1
  • Salaheddin Hamidi 2
  • Mohammad Amiri 3
1 Faculty of Civil Engineering, Bu-Ali Sina University
2 Faculty of Civil Engineering, Bu-Ali Sina University
3 Faculty of Engineering, Hormozgan University

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pore fluid
  • Clay minerals
  • Permeability
  • Coefficient of variations (CoV)
  • XRD
  • SEM
[1]       Baecher, G., Christian. J., "Reliability and Statistics in Geotechnical Engineering", John Wiley & Sons, UK, 2003, Vol. 8, pp 181-203.  
[2]        Sherwood, P. T., "An Examination of the Reproducibility of Soil Classification and Compaction Tests", Symposium on Quality Control of Road Works, Centre d’Etudes Techniques de l’Equipement, 1970.
[3]        Hoeg, K., Murarka, R. P., "Probabilistic Analysis of a Retaining Wall", Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE 100 (GT3), 1974, 349-370.
[4]        Lambe, T. W., Whitman, R. V., "Soil Mechanics", New York, John Wiley & Sons, 1969.
[5]        Mitchell, I. V., "Pillared Layered Structures: Current Trends and Applications", Elsevier, 2005.
[6]        Lacasse, S., Nadim, F., "Uncertainties in Characterizing Soil Properties", Uncertainty in the Geologic Environment, Madison, ASCE, 1996, pp 49-75.
[7]        Tanaka, H., Loat. J., Shibuya. S., Soon. T. T., Shiwakoti, D., "Characterization of Sin-gapore, Bangkok, and Ariake Clays", Canadian Geotechnical Journal, 2001, 38, 378-400.
[8]        Zhu, G., Yin, J. H., Graham, J., "Consolidation Modelling of Soils under the Test Embank-Ment at Clek Lap Kok International Airport in Hong Kong using a Simplified Finite Element Model", Canadian Geotechnical Journal, 2001, 38, 349-363.
[9]        Benson, C. H., "Probability Distributions for Hydraulic Conductivity of CompactedSoil Liners", ASCE Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1993, 119 (3), 471-486.
[10]     Kulhawy, F. H., Phoon, K. K., "Engineering Judgment in the Evolution from Deterministic to Reliability-Based Foundation Design", Uncertainty in the Geological Environment, Madison, WI, ASCE, 1996, pp 29-49.
[11]     Jack, R. B., Allin, C. C., "Probability for Civil Engineer", McGraw-Hill, 1970.
[12]     Ouhadi, V. R., Amiri, M., "Geo-Environmental Behaviour of Nanoclays in Interaction with Heavy Metals Contaminant", Amirkabir Journal of Civil and Environmental Engineering, 2011, 42 (3), 29-36.
[13]     Ouhadi, V. R., Amiri, M., Goodarzi, A. R., "The Special Potential of Nano-Clays for Heavy Metal Contaminant Retention in Geo-Environmental Projects", Journal of Civil and Surveying Engineering, 2012, 45 (6), 631-642.
]14[    اوحدی، و. ر.، امیری، م.، "جداسازی اجزای بنتونیت به منظور دستیابی به نانومونت موریلونیت"، مجله بلورشناسی و کانی­شناسی ایران، 1391، 19 (2)، 271-280.
]15[    اوحدی، و. ر.، چوبچیان لنگرودی، س. ا.، "تأثیر ظرفیت و غلظت کاتیون بر نتایج آنالیز پرتو ایکس کانی رسی اسمکتیت"، مجله بلورشناسی و کانی شناسی ایران، 1390، 20، 1-10.
]16[    اوحدی، و. ر.، "تأثیر کانی­های رسی در خطاهای موجود در آزمایش­های مکانیک خاک"، نشریه ‏ژئوتکنیک و مقاومت مصالح، 1378، 83‏‎، 1-10.
[17]     ASTM, "Annual Book of ASTM Standards", Vol. 4 (8), Philadelphia, US, 2003.
[18]     EPA, "Process Design Manual, Land Application of Municipal Sludge, Municipal Environmental Research Laboratory", EPA-625/1-83-016, US Government Printing Offices, New York, US, 1983.
[19]     Hesse, P. R., "A Textbook of Soil Chemical Analysis", William Clowes and Sons, 1971.
[20]     Handershot, W. H., Duquette, M., "A Simple Barium Chloride Method for Determining Cation Exchange Capacity and Exchangeable Cations", Soil Science Society of America Journal, 1986, 50, 605-608.
[21]     Ouhadi, V. R., Yong, R. N., "Experimental and Theoretical Evaluation of Impact of Clay Microstructure on The Quantitative Mineral Evaluation by XRD Analysis", Applied Clay Science, 2003, 23, 141-148.
[22]     Yong, R. N., "Geoenvironmental Engineering, Contaminated Soils, Pollutant Fate and Mitigation", CRC Press, Boca Raton, 2001.
[23]     Ouhadi. V. R., Yong. R. N., Sedighi, M., "Desorption Response and Degradation of Buffering Capability of Bentonite, Subjected To Heavy Metal Contaminants", Engineering Geology, 2006, 85, 102-110.
[24]     Cetin, H., "Soil-Particle and Pore Orientations During Consolidation of Cohesive Soils", Engineering Geology, 2004, 73, 1-11.
[25]     Liu, H. C., You, C. F., Huang, B. J., Huh, C. A., "Distribution and Accumulation of Heavy Metals In Carbonate and Reducible Fractions of Marine Sediment From Offshore Mid-Western Taiwan", Marine Pollution Bulletin, 2013, 73 (1), 37-46.
[26]     Li, J. S., Xue, Q., Wang, P., Li, Z. Z., "Effect of Lead (II) on The Mechanical Behavior And Microstructure Development of A Chinese Clay", Applied Clay Science, 2015, 105, 192-199.
[27]     Ludovico-Marques, M., Chastre, C., "Effect of Consolidation Treatments on Mechanical Behaviour of Sandstone", Construction and Building Materials, 2014, 70, 473-482.