بر اساس تجارب بین المللی، بهترین روش برای کنترل زباله های سطح بالا دفن عمیق زباله ها در محیط هایی با مشخصات خاص ژئوتکنیکی است. به طوری که برای اطمینان از عملکرد مناسب طرح، اطراف مرکز دفن زباله اتمی با استفاده از سیستم لایه محافظ مهندسی (ebs) مسدود می شود. سیستم لایه محافظ مهندسی از دو بخش اصلی شامل ظروف فلزی نگهدارنده زباله و خاک رسی از جنس اسمکتیت تشکیل شده است. مصالح بافر اسمکتیت به دلیل قابلیت زیاد نگهداشت آب، تورم زیاد، نفوذپذیری کم و شکل پذیری مناسب، مانع از آسیب دیدن ظروف نگهدارنده زباله می شود. بر اساس توضیحات فوق و اهمیت نقش اسمکتیت در حفظ عملکرد مناسب ebs، ثابت ماندن خصوصیات مهندسی اسمکتیت در مقابل تغییرات محیطی حاکم بر مرکز دفن زباله (ازجمله گرما و همچنین تغییر مشخصات مایع منفذی مجاور خاک بر اثر تماس مستمر با آب های زیرزمینی)، بسیار مهم است. بر این اساس در تحقیق حاضر تاثیر تغییر مشخصات محیطی اطراف خاک بر رفتار ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی اسمکتیت مورد مطالعه قرار گرفت.با توجه به اهداف پژوهش حاضر، انجام آزمایش ها در دو بخش مجزا شامل آزمایش های بزرگ ساختاری و آزمایش های ریزساختاری، برنامه ریزی شده اند. بدین منظور ابتدا نمونه های اسمکتیت طبیعی و اسمکتیت های هموژن شده در آزمایشگاه شامل سدیم- اسمکتیت، پتاسیم- اسمکتیت و کلسیم- اسمکتیت، در 5 شرایط مختلف دمایی (°c25، °c50، °c100، °c150 و °c200) حداکثر به مدت 7200 ساعت برحسب شرایط آزمایش نگهداری و سپس مورد آزمایش قرار گرفته اند. برای تغییر مایع منفذی اطراف خاک، چندین سری نمونه مخلوط خاک- الکترولیت با استفاده از الکترولیت-های حاوی سولفات سدیم، سولفات کلسیم، نیترات مس و کلرید آهن در محدوده غلظت صفر تا یک مولار تهیه و پس از شرایط تعادل، با انجام آزمایش های مختلف، تغییر رفتار خاک و علل آن مورد ارزیابی قرار گرفته است. پس از تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش های متنوع انجام شده و ارتباط نتایج با یکدیگر، مشخص شد با اعمال گرما به نمونه های اسمکتیت در شرایط مورد نظر پژوهش حاضر، مینرالوژی خاک تغییر نمی-کند. درحالی که بر اثر مجاورت خاک با گرما، به دلیل تغییر فرآیندهای اندرکنش خاک- الکترولیت، مورفولوژی اسمکتیت تغییر می کند. نتایج آزمایشگا هی اخذ شده در این مطالعه نشان می دهند علی رغم حفظ خصوصیات مناسب سدیم- اسمکتیت در شرایط اعمال گرما، بر اثر اندرکنش خاک با الکترولیت های مختلف، خصوصیات مهندسی آن دچار تغییرات اساسی می شود. روند این تغییرات بسیار قابل توجه بوده و برحسب خصوصیات الکترولیت، در برخی موارد نتایج نشان دهنده کاهش 75 درصدی قابلیت نگهداشت آب توسط اسمکتیت است.

پژوهش حاضر با هدف تعیین نقش اجزای خاک مارنی، با تأکید بر فازهای کربناتی و رسی، بر رفتار ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی خاک و مقایسه با بنتونیت، انجام شده است. بنابراین در اولین گام، رفتار جذبی مارن تبریز، در حضور آلاینده های سرب و روی، به روش مخلوط تعادل اشباع بررسی شده است. سپس با به کارگیری موازی روش های sse، xrf و xrd، سعی شده است نقش اجزای مختلف خاک، به ویژه فاز کربناتی و رسی، مشخص شود. به منظور بررسی اثر سولفات بر رفتار زیست محیطی خاک های رسی، تأثیر حضور سولفات بر جذب و نگهداری آلاینده روی، در نمونه بنتونیتی، مطالعه شده است. در نهایت، در بررسی رفتار ژئوتکنیکی، اثر کربنات بر رفتار تحکیمی مارن تبریز و بنتونیت، مطالعه شده است. نتایج حاصل از انجام این پژوهش، نشان می دهند که مارن تبریز، با داشتن 45% کربنات و ظرفیت بافری زیاد، قادر است محدوده وسیعی از غلظت های مختلف آلاینده های روی و سرب را به طور کامل، نگهداری کند. همچنین در کلیه غلظت های مطالعه شده، آلاینده سرب بیشتر از آلاینده روی، توسط این خاک نگهداری می شود. مطالعه میزان مشارکت فازهای تبادلی، کربنات، اکسید/هیدروکسید، مواد آلی و باقی مانده، در نگهداری آلاینده سرب در مارن تبریز، نشان داد که فاز کربنات، بیشترین و فاز تبادلی، کمترین تشریک مساعی در اندرکنش با آلاینده سرب را دارند. از سوی دیگر در مارن تبریز، وجود دو نوع کانی رسی پالی گورسکایت و مونت موریلونیت در کنار کربنات، ارتباط رفتار جذبی با ظرفیت تبادل کاتیونی و مقدار کربنات را قدری پیچیده نموده است. همچنین مطالعات انجام شده نشان داد که ایزوترم های فروندلیچ و لانگمیر، برای مدل سازی رفتار جذبی خاک های کربنات دار و سولفات دار، از کارایی لازم برخوردار نمی باشند و به اصلاح جدی برای مدل سازی اینگونه خاک ها نیاز دارند. بررسی اثر کربنات بر رفتار خاک، نشان داد که کربنات نقش مهم و موثری را در رفتار ژئوتکنیک زیست محیطی بنتونیت ایفا می کند. به طوری که در حضور کربنات موجود در بنتونیت، سولفات چندان عملکرد موثری ندارد. اگرچه در مجموع، در غلظت های زیاد آلاینده روی، سولفات می تواند سبب بهبود رفتار جذبی در بنتونیت شود. فاز کربناتی، همچنین نقش مهمی در رفتار تحکیمی مارن تبریز و بنتونیت دارد و تغییرات چشمگیری در رفتار تحکیمی، با تغییرات این فاز در خاک های مارن تبریز و بنتونیت مشاهده می شود.

روش الکتروسینتیک از زمان ابداع آن در سال 1939 توسعه زیادی پیدا کرده است. امروزه این روش یکی از بهترین روش های رفع انواع فلزات سنگین از خاک های رسی است. اگرچه جنبه های مختلف استفاده از الکتروسینتیک، در رفع آلودگی از خاک ها، مانند تاثیر زمان فرآیند، ولتاژ و روش های مختلف شدت بخشی توسط محققین مورد بررسی قرار گرفته است؛ تاثیر ذرات بسیار ریز و در ابعاد نانو موجود در دانه بندی خاک ها، بر بازده فرآیند رفع آلودگی الکتروسینتیک، چندان بررسی نشده است. با توجه به پیشرفت های گسترده اخیر در نانوتکنولوژی و قابلیت های شگرف پولک های رسی در حد نانو در تعامل با آلاینده ها، نانورس ها می توانند معرف مناسبی برای این بخش از ذرات خاک باشند. در این تحقیق، برای مطالعه تاثیر نانورس بر رفع آلودگی خاک کائولینیت، به طور کلی تعداد 16 آزمایش با مقادیر مختلف فلز سنگین و با تغییر درصد نانورس اضافه شده به نمونه رسی انجام شد. نمونه سازی در آزمایش ها به صورت ساخت سوسپانسیون و سپس کاهش رطوبت نمونه ها انجام شد تا از همگنی نمونه ها اطمینان حاصل شود. آزمایشات، افزایش بازده فرآیند الکتروسینتیک، در اثر جایگزینی نانورس کلوزایت 20a را در درصدهای مختلف نشان می دهد. به عنوان مثال افزایش 10 درصد نانورس در نمونه های کائولینیت شامل 5 سانتی مول بر کیلوگرم آلاینده، سبب افزایش بازده از 18.56 به 23.8 درصد می شود. طبیعتاً بخش مهمی از این تاثیر را باید در ویژگی های ژئوتکنیک زیست محیطی نانورس ها جستجو کرد. مکانیسم های این تاثیر به مسائلی همچون ظرفیت بافرینگ نانورس، افزایش فواصل بین لایه ای در نانورس، تاثیر مواد آلی افزوده شده در تولید نانورس صنعتی در جلوگیری از تماس مستقیم آلاینده با پولک های رسی و در راس آنها به فقدان کربنات در نانورس صنعتی کلوزایت 20a مرتبط می شود. در بخش دیگری از تحقیق، تاثیر درصد کربنات طبیعی خاک کائولینیت، بر بازده رفع آلاینده به روش الکتروسینتیک، به وسیله کربنات زدایی مورد مطالعه قرار گرفته است. کربنات زدایی از کائولینیت با 4 درصد کربنات، بازده فرآیند را در حضور 10 سانتی مول بر کیلوگرم آلاینده از3/23 درصد به 9/39 درصد، افزایش داد که نشان دهنده تاثیر بی بدیل کربنات حتی در درصد کم 4 درصد می باشد. به عبارت دیگر حتی 4 درصد کربنات نیز به کائولینیت قابلیت نگهداری متوسطی می دهد. همچنین با انجام آزمایش ها در دو زمان 100 ساعت و 240 ساعت، تاثیر زمان فرآیند بر بازده عملیات رفع آلودگی نیز مورد مطالعه قرار گرفت. مثلا در نمونه های کائولینیت با 10 سانتی مول بر کیلوگرم سرب و بدون نانورس افزایش زمان فرآیند از 4 روز به 10 روز، موجب افزایش بازده از 21/17به 27/23 درصد گردید.

در طی سالیان گذشته گزارشهای متعددی در رابطه با وقوع نشستهای ناگهانی و گسترده خاک در نقاط مختلف دنیا که در پی اشباع شدن خاکهای دانهای با دانسیته کم صورت میگرفت، ارائه شدهاست. در واقع این خاکها که تحت عنوان خاکهای رمبنده شناخته میشوند در محل ساخت سدها، نیروگاهها و همچنین زمینهای کشاورزی با تغییرات سطح آب زیر زمینی و تغییر درجه اشباع خاک، نشستهای قابل توجهی از خود نشان میدهند. کشور ایران هم بدلیل داشتن شرایط آب و هوایی خشک و بیابانی در قسمتی از پهنه خود دارای خاک رمبنده در این مناطق است. بنا به اهمیت مساله و خسارتهای فراوان بوجود آمده در اثر نشست این خاکها، مطالعات فروانی در زمینه پارامترهای موثر بر فرآیند رمبندگی خاک انجام شده است تا بتوان نگرش صحیحی از رفتار خاک در طی این فرآیند و میزان نشستهای بوجود آمده داشت. با توجه به حضور کانیهای رسی در خاکهای رمبنده طبیعی و عدم بررسی جامع در رابطه با تاثیر این بخش همچون اندازه ذرات، و خصوصیات خمیری بخش رسی بر رفتار رمبندگی خاکها، در این پژوهش اقدام به مطالعه این موارد شد. برای این منظور نمونههایی حاوی ماسه سیلیسی با دانهبندی معین و کنترل شده به همراه بخش رسی که و بنتونیت آسیاب شده است، ساخته شد. closite®20a در این تحقیق شامل بنتونیت طبیعی، نانورس صنعتی در واقع اندازه ذرات بنتونیت طبیعی با استفاده از دستگاه آسیاب سیارهای به مقیاس نانو کاهش داده شد. آزمایش ادومتر ساده بر روی نمونهها به منظور سنجش میزان رمبندگی انجام شد که نتایج نشان دهنده آن است که در رفتار خاک ماسهای حاوی بخش رسی، پارامتر حاکم بر رفتار رمبندگی خاک شاخص خمیری بخش رسی است. ضمن آنکه اندازه ذرات بخش رسی نیز در مواردی همچون میزان نشست خشک خاک تاثیرگذار است. همچنین نتایج تحقیق حاضر نشان میدهد که به ازای یک درصد مشخص رس در نمونههای رمبنده ماسهای، یک حداکثر نشانه رمبندگی قابل مشاهده است. با کاهش اندازه ذرات بنتونیت، محل قله پیک رمبندگی بر اساس درصد رس، از 20 % به 10 % رس کاهش مییابد. همچنین نتایج تحقیق حاضر نشان میدهد که در صورتیکه نمونههای ماسهای در قالب اودومتربا آب مقطر اشباع شوند بین نشست رمبندگی نمونههای ماسه رسدار حاوی کربنات و فاقد کربنات تفاوت قابل ملاحظهای وجود ندارد.

در پروژه های مهندسی که در نواحی سردسیر انجام می شوند، یخبندان و ذوب یکی از عوامل جوی موثر بر پایداری رفتار مهندسی خاک، شامل ترک خوردگی در بستر رسی مراکز دفن مهندسی زباله، دوام و عملکرد روسازی ها و شیروانی های خاکی است، مرور تحقیقات گذشته مرتبط با پروژه های مهندسی ژئوتکنیک و ژئوتکنیک زیست محیطی نشان می دهد که تأثیر بخش پولک های رسی با ابعاد بسیار ریز (نانو ذرات رسی) بر فرایند یخبندان و ذوب خاک ها تقریباً ناشناخته باقی مانده-است. بر این اساس هدف اصلی این پژوهش مطالعه تأثیر بخش پولک های رسی با ابعاد بسیار ریز (نانورس) بر رفتار مهندسی خاک های رسی درفرایند یخبندان و ذوب می باشد. برای این منظور از دو نوع نمونه رسی کائولینیت و بنتونیت با خصوصیات ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی مختلف و درصد های مختلف نانو رس کلوزایت na (که به علت داشتن پولک هایی در ابعاد نانو دارای مساحت سطح مخصوص و ظرفیت تبادل کاتیونی بالایی است)، استفاده شده است. استفاده از نانو رس با درصد های مختلف به درک بهتر تاثیر پارامترهای مساحت سطح مخصوص (ssa) و ظرفیت تبادل کاتیونی (cec) بر رفتار خاک در فرایند یخبندان و ذوب کمک زیادی می کند. برای دستیابی به هدف این پژوهش، در این تحقیق دو سری آزمایش درشت ساختاری (حدود اتربرگ، تحکیم یک بعدی، و تورم) و آزمایش ریز ساختاری (ظرفیت تبادل کاتیونی، مساحت سطح مخصوص و عکسبرداری میکروسکوپ الکترونی) انجام شده است. سیکل های یخبندان و ذوب مورد مطالعه در این پژوهش شامل 0، 1، 3، 5، 7، 11، و 15 سیکل می باشد. با تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش ها، مکانیسم حاکم بر فرایند یخبندان و ذوب را می توان به صورت ذیل تشریح نمود. هنگامی که آب در حفرات خاک یخ می زند کاتیون های موجود تمایل به مهاجرت به سمت ذرات رس را دارند که این موضوع سبب کاهش ضخامت لایه ی دوگانه رس می شود. در نتیجه نیروی دافعه ی موجود بین پولک های رسی کاهش می یابد، پولک ها به هم نزدیک تر می شوند و این فرایند سبب شکل گیری پولک های لخته شده در سیکل های بعدی می شود. این پدیده ها فرایند حاکم بر سیکل های اول تا هفتم در خاک است. پس از سیکل هفتم به علت کشش ها و فشار های زیادی که در اثر اعمال سیکل ها به وجود آمده است ساختار پولک های لخته شده تخریب می شود که این موضوع باعث افزایش در ssa خاک و در نتیجه باعث افزایش احتمال در معرض قرار گرفتن سطح بیشتری از پولک ها برای جایگزینی کاتیون در سطح رس (یعنی افزایش cec) می شود. در این تحقیق مکانیسم شرح داده شده به کمک عکس برداری sem از نمونه ها تائید شده است. این پدیده در رفتار دو خاک بنتونیت و کائولینیت رخ می دهد. اگر چه در کائولینیت به علت مساحت سطح مخصوص و ظرفیت تبادل کاتیونی پایین این کانی، مرحله ی اول و دوم قابل ملاحظه نمی باشد. افزودن نانورس به کائولینیت که به معنی افزایش مقادیرcec و ssa نمونه است، سبب می شود بخش اول و دوم مکانیسم شرح داده شده به وضوح قابل مشاهده شود. بررسی نتایج آزمایش تحکیم یک بعدی بیانگر آن است که آن چه در فرایند یخبندان و ذوب حاکم است فروپاشی و پراکندگی ساختار خاک در مقیاس ماکرو بوده چرا که تمامی نمودار های تحکیم در سیکل های مختلف زیر نمودار خاک اصلی قرار می گیرند و نمونه ها در اثر فرایند یخبندان و ذوب، تراکم پذیرترشده اند. نتایج این تحقیق هم چنین نشان می دهند که تنش پیش تحکیمی در اثر اعمال سیکل ها کاهش پیدا می کند و بیشترین کاهش در تنش پیش تحکیمی، در سیکل هفتم مشاهده می شود. ضمن آنکه مجموعاً کاهش تنش پیش تحکیمی تابعی از مشخصات ریز ساختاری خاک است.

در مهندسی ژئوتکنیک زیست محیطی، روش الکتروسینتیک به عنوان روشی کارآمد و مقرون به صرفه در رفع انواع مختلف آلودگی خاک ها مورد استفاده قرار گرفته است. اصولاً خاک های رسی توسط فازهای مختلف، قادر به جذب و نگهداری فلزات سنگین می باشند. در بین این فازها، فاز کربنات یکی از فازهای اصلی است. نتایج تحقیقات گذشته نشان می دهند که راندمان روش الکتروسینتیک در کائولینیت کربنات دار از میزان مناسبی برخوردار نیست. ضمن آنکه در قطعات مجاور آند، مقدار رفع آلودگی با راندمان نسبتاً قابل قبولی صورت می گیرد. همچنین براساس نتایج تحقیقات موجود، در کائولینیت کربنات زدایی شده مقدار راندمان رفع آلودگی افزایش می یابد. علیرغم تحقیقاتی که در این زمینه صورت گرفته است به موضوع تأثیر میزان کربنات زدایی بر رفع آلاینده فلزسنگین از کائولینیت کربنات دار در فرایند الکتروسینتیک توجه کمتری شده است. یکی از اهداف پژوهش حاضر مطالعه و تجزیه و تحلیل تأثیر میزان کربنات زدایی بر رفع آلاینده فلزسنگین از کائولینیت کربنات دار در فرایند الکتروسینتیک می باشد. به همین منظور، یک سری آزمایش با مقادیر مختلف فلزسنگین و درصدهای مختلف کربنات زدایی انجام شد. نمونه سازی در آزمایش ها به صورت ساخت سوسپانسیون و سپس کاهش رطوبت نمونه ها انجام شد تا از همگنی نمونه ها اطمینان حاصل شود. آزمایش ها، افزایش بازده فرایند الکتروسینتیک در اثر کربنات زدایی را در درصدهای مختلف نشان می دهند. به عنوان مثال کاهش 4 درصدی کربنات طبیعی در نمونه های کائولینیت شامل 5 سانتی مول بر کیلوگرم- خاک آلاینده سرب، سبب افزایش بازده از 48/8 به 44/29 درصد می شود که نشان دهنده افزایش 247 درصدی در بازده رفع آلودگی می باشد. بنابراین در بین تمام فازهای کمک کننده به نگهداری آلودگی در خاک های رسی از جمله سطح مخصوص، ظرفیت تبادل کاتیونی و درصد کربنات، کربنات نقش موثری در جذب آلاینده و همچنین بازده رفع آلودگی می گذارد. در بخش دیگری از تحقیق، به بررسی ریزساختاری تأثیر نوع کربنات (طبیعی و مصنوعی) و مقدارکربنات بر رفع آلاینده با روش الکتروسینتیک پرداخته شده است. بازده رفع آلودگی در حضور 10 سانتی مول بر کیلوگرم- خاک آلاینده سرب در کائولینیت حاوی 4 درصد کربنات مصنوعی در مقایسه با کائولینیت حاوی 4 درصد کربنات طبیعی، با کاهش 62 درصدی همراه بوده است که نشان از تأثیر کربنات مصنوعی (کربنات صنعتی) بر افزایش ظرفیت بافرینگ و کاهش بازده رفع آلودگی در مقایسه با کربنات طبیعی است.

انواع مختلف خاک ها، و خصوصاً خاک های رسی از منابع و به دلایل مختلف از جمله تثبیت حرارتی ، وجود رژیم حرارتی اعمال شده به خاک در مراکز دفن زباله های هسته ای، اصلاح حرارتی خاک های آلوده و ساخت مصالح ساختمانی، در معرض حرارت قرار می گیرند. مرور تحقیقات گذشته نشان دهنده تاثیر حرارت بر مشخصات فیزیکی و مکانیکی خاک ها و به ویژه تاثیر حرارت بر خصوصیات مهندسی خاک های رسی است. با این وجود مطالعات گذشته عمدتاً بر رفتار مکانیکی و درشت ساختار خاک متمرکز بوده و مطالعات مربوط به ریز ساختار محدود می باشد. با توجه به رابطه و تأثیر متقابل این دو مسئله، به منظور درک و تفسیر مکانیزم تغییرات مشخصات مهندسی خاک در اثر تغییر حرارت، لازم است به مطالعه این موضوع از دیدگاه ریزساختاری توجه بیشتری مبذول داشته و تاثیر آن بر خصوصیات درشت ساختار مشخص شود. از سوی دیگر وجود مقادیر فراوان کربنات به عنوان یکی از اجزای اصلی خاک های رسی به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک و تاثیر آن بر خصوصیات مهندسی خاک ها، لزوم مطالعه تاثیر توامان حرارت و کربنات بر رفتار مهندسی خاک های رسی را به اثبات می رساند. بر این اساس در پژوهش حاضر به مطالعه اندرکنش رس و کربنات در حرارت های بالا و تاثیر آن بر خصوصیات خاک های رسی به کمک مجموعه ای از آزمایش های درشت ساختاری و ریزساختاری پرداخته شده است. بدین منظور دو نوع خاک رسی کائولینیت و بنتونیت در ترکیب با درصدهای مختلف کربنات و ماسه در معرض سطوح حرارتی متفاوت شامل دمای 25، 110، 300، 500، 700، 900 و 1100 درجه قرار داده شده اند. پس از مطالعه تغییرات ایجاد شده در خصوصیات فیزیکی و مهندسی خاک به وسیله آزمایش های درشت ساختار از جمله انقباض خطی، تغییر وزن، جذب آب و مقاومت فشاری محدود نشده، به کمک آزمایش های ریزساختاری شامل آنالیز پراش پرتو ایکس (xrd) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی (sem)، ریزساختار خاک مطالعه و تاثیر آن بر تغییرات درشت ساختار مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان دهنده آن است که افزایش حرارت منجر به تغییرات مهمی در ریز ساختار خاک از جمله تخریب، تغییر فاز و تشکیل کانی های جدید و همچنین تغییر بافت و آرایش ساختار داخلی نمونه ها می شود. با افزایش حرارت تا پیش از دمای دیهیدروکسیلاسیون، مقاومت به تدریج افزایش یافته که برای بنتونیت به دلیل حساسیت بالاتر، افزایش مقاومت بیشتر است. در دمای دی هیدروکسیلاسیون، مقاومت برای هر دو نوع کانی رسی به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. به طوری که مقاومت نمونه های کائولینیت به میزان 2 تا 5/2 برابر و نمونه های بنتونیت به میزان 3 تا 4 برابر افزایش داشته است. با اعمال حرارت بیش از دمای دی هیدروکسیلاسیون، روند متفاوتی در نمونه های کائولینیت و بنتونیت مشاهده گردید. به طوری که با افزایش حرارت، مقاومت نمونه های کائولینیت به طور پیوسته افزایش داشته و حداکثر مقدار مقاومت (19.19 mpa) در دمای 1100 درجه به دست آمد، که نشان دهنده افزایش مقاومت به میزان 8 برابر است. با توجه به نتایج آنالیز پراش پرتو ایکس و تصاویر میکروسکوپ الکترونی، این افزایش مقاومت به دلیل تشکیل کانی های سیلیکاتی از جمله مولیت و ایجاد ساختار یکپارچه رخ داده است. در مقابل، مقاومت نمونه های بنتونیت در حرارت بیش از دمای دی هیدروکسیلاسیون کاهش قابل ملاحظه ای یافته است، که به علت تشکیل حفرات میکروسکوپی و خلل و فرج بسیار در نمونه رخ داده است. بررسی تاثیر توامان درصد کربنات و حرارت بر مقاومت نشان دهنده آن است که در یک دمای مشخص، افزایش درصد کربنات منجر به کاهش مقاومت شده و در حرارت های مختلف میزان کاهش ایجاد شده، متفاوت میباشد. به طوری که بیشترین مقدار کاهش در مقادیر حداکثر مقاومت و همچنین پس از تجزیه کربنات کلسیم رخ می دهد (کاهش 60% تا 80% مقاومت برای نمونه های کائولینیت و 35% تا 40% برای نمونه های بنتونیت). دلیل این کاهش مقاومت عدم تشکیل کانی مولیت در نمونه های کائولینیت و تشکیل دیگر کانی ها از جمله ولاستونیت، ژلینیت و آنورتیت با خصوصیات مقاومتی ضعیف نسبت به مولیت و همچنین ایجاد ساختار متخلخل در هر دو سری از نمونه های کائولینیت و بنتونیت است. همچنین تغییرات جذب آب نمونه های کائولینیت در اثر افزایش حرارت، وابسته به درصد کربنات موجود در خاک می باشد، به طوری که افزایش حرارت در نمونه های حاوی کربنات طبیعی موجب کاهش میزان جذب آب شده است، ولی با افزایش درصد کربنات مصنوعی (کربنات صنعتی)، اعمال حرارت تا دمای 900 درجه منجر به افزایش جذب آب در نمونه حاوی کربنات مصنوعی شده است. افزایش حرارت در نمونه های بنتونیت موجب کاهش جذب آب شده و در مقابل در یک دمای مشخص افزایش درصد کربنات منجر به افزایش جذب آب می گردد. با وجود آن که حرارت تاثیر بسزایی بر خواص رفتاری رس از جمله مقاومت فشاری و جذب آب دارد، نوع و شدت تغییرات ناشی از حرارت به میزان زیادی متاثر از کربنات موجود در رس بوده و حتی در مواردی منجر به تغییر رفتار مورد انتظار از رس در معرض حرارت می شود. بر اساس نتایج آزمایش های ریز ساختاری شامل آنالیز پراش پرتو ایکس (xrd) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی (sem) مشخص گردید که تاثیر حرارت بر خصوصیات مهندسی خاک های رسی و اندرکنش آن با کربنات و تغییرات درشت ساختار ناشی از آن به شدت متاثر از تغییرات ریزساختار بوده و این دو مقوله در ارتباطی تنگاتنگ با یکدیگر می باشند.

چکیده: پتانسیل تورمی زیاد بنتونیت (حاوی کانی رسی اسمکتیت) در کنار سایر ویژگی های مطلوب این خاک سبب شده است تا از آن به عنوان مصالح بافر در مراکز دفن مهندسی زباله استفاده شود. خاصیت تورم پذیری بنتونیت سبب پر شدن حفرات، ترک ها و فضاهای خالی اطراف پولک ها شده و از این طریق مانع از پخش آلاینده ها و ورود آنها به آب های زیرزمینی می شود. با توجه به اهمیت خاصیت تورم پذیری بنتونیت در عملکرد مناسب مراکز دفن مهندسی، تاکنون مطالعات مختلفی در خصوص بررسی روند های تورم و عوامل تاثیرگذار بر آن انجام شده است. در این مطالعات روندها ی مختلفی برای تورم بنتونیت ارائه شده است که مهم ترین آنها دو روند تورم کریستالی و اسمزی (لایه دوگانه) می باشند. در روند تورم کریستالی، تورم در فضای بین لایه ای و درون شبه کریستال ها، در اثر هیدراسیون کاتیون های بین لایه ای رخ می دهد. تورم اسمزی از اختلاف غلظت یون های در سطح ذره رسی و مایع حفره ای ناشی شده و معمولاً در فضای بین شبه کریستال ها اتفاق می افتد. همچنین مطالعات قبلی نشان داده اند که مشخصات مایع حفره ای، شامل والانس و غلظت کاتیون های موجود، ph و ثابت دی الکتریک آن، از جمله عوامل تاثیرگذار بر پتانسیل تورمی بنتونیت می باشند. این مطالعات نشان دهنده کاهش پتانسیل تورمی در صورت قرار گیری خاک در معرض نمک بوده اند. با توجه به احتمال حضور کاتیون های فلز سنگین در مراکز دفن مهندسی زباله، ورود این کاتیون ها به آب حفره ای سبب تغییر خصوصیات آن خواهد شد. اگرچه در مطالعات قبلی به اثر فلز سنگین بر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک پرداخته شده است، اما مطالعات محدودی در زمینه اثر این آلاینده ها بر پتانسیل تورمی و قابلیت خود ترمیمی بنتونیت صورت گرفته است. بنابراین در پژوهش حاضر اثر فلز سنگین بر خصوصیات تورمی بنتونیت مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است. در آزمایش های انجام شده در این تحقیق برای نمونه های حاوی غلظت های مختلف از آلاینده های فلز سنگین مس و سرب تغییر شکل تورمی اندازه گیری شده است. نتایج این آزمایش ها نشان دهنده کاهش شدید پتانسیل تورمی بنتونیت در صورت قرار گیری در معرض این آلاینده ها بوده است. به عنوان مثال، پتانسیل تورمی بنتونیت در صورت قرارگیری در معرض 100 سانتی مول بر کیلوگرم خاک آلاینده سرب به مقدار 85? کاهش یافته است. همچنین با توجه به اینکه مطالعات قبلی نشان دهنده تاثیرپذیری پتانسیل تورمی رس ها از ریزساختار خاک بوده اند، مطالعه تغییرات ریزساختاری خاک در معرض آلاینده فلز سنگین و تاثیر این تغییرات بر رفتار تورمی بنتونیت در دستور کار این پژوهش قرار گرفت. مطالعات ریزساختاری انجام شده در این پژوهش شامل آنالیز پراش پرتو ایکس و تهیه عکس های sem بوده اند. نتایج این آزمایش ها نشان داده است که در اثر اندرکنش بنتونیت با آلاینده فلز سنگین، ساختار آن از حالت پراکنده به حالت مجتمع تغییر کرده، و این تغییر ساختار بر رفتار تورمی خاک تاثیر می گذارد. مقایسه نتایج مطالعات ریزساختاری و درشت ساختاری نشان دهنده ی ارتباط تنگاتنگ تغییرات ریزساختاری خاک و رفتار تورمی آن در مقیاس درشت ساختاری بوده است.

چکیده آنالیز پراش پرتو ایکس، روشی کارآمد برای تشخیص و مطالعه جامع کیفی و کمّی کانی های رسی است. اما تداخل در محل تشکیل قلّه ی مشخصه بعضی کانی ها، از جمله کائولینیت و کلریت، استفاده از این روش را دچار مشکل می-کند. آن چه که باعث توجه بیش تر به این دو کانی شده، تفاوت رفتار مهندسی آن ها از لحاظ فرسایش پذیری و تمایل به تبادل یونی با الکترولیت آب حفره ای و از طرف دیگر احتمال حضور توام این دو کانی در رسوبات دریایی و سنگ های رسوبی است. نفوذپذیری و دامنه خمیری کم این دو کانی، سبب استفاده از آن ها به عنوان مصالح آب بند در دریاچه های آبیاری، بستر رسی مراکز دفن مهندسی زباله و مصالح هسته در سد های خاکی شده است. با وجود تحقیقات وسیعی که به مطالعه رفتار ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی کائولینیت و کلریت و تشخیص این دو کانی پرداخته اند، فقدان تجزیه و تحلیل مهندسی و کمّی تغییرات شدت پراش پرتو ایکس این دو کانی و هم چنین مطالعه مطلوب بودن بهره گیری از هر نوع آماده سازی، در حضور کربنات بسیار مشهود است. بنابر این در این پژوهش، با استفاده کائولینیت و کلریت شیست که به ترتیب از منطقه زنوز تبریز و منطقه غرب همدان تهیه شده بود، حساسیت پراش پرتو ایکس این دو کانی پس از آماده سازی اسیدی با استفاده از غلظت های 100، 200، 600 ، 1000، 2000، 6000 و 12000 سانتی مول بر کیلوگرم خاک هیدروکلریک اسید در زمان های مختلف و آماده سازی حرارتی با اعمال حرارت های 300، 400، 500، 550 و 600 درجه سیلسیوس به صورت کمّی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. با وجود حساسیت زیاد کلریت به حمله اسید هیدروکلریک، حضور 5/18? کربنات طبیعی در نمونه کلریت، روند تغییر شدت پیک آن را پیچیده کرد و افت 100 ? پیک های کلریت در غلظت 12000 سانتی مول بر کیلوگرم خاک، اسید هیدروکلریک اتفاق افتاد. میانگین وزنی افت پیک های نمونه کائولینیتی با 5/2 ? کربنات در این غلظت اسید، 58 ? بوده است. در عمل آوری حرارتی، حضور کربنات خللی در روند تغییر پیک مورد انتظار در کلریت و کائولینیت ایجاد نکرد و افزایش بیش از دو برابری شدت پیک 14 آنگسترومی کلریت و افت کامل سایر پیک های کلریت و کائولینیت، در دمای 600 درجه سیلسیوس قابل مشاهده بوده است. در بخش دوم این پژوهش، کربنات زدایی از کلریت با هدف حذف بخش کربناتی آن به منظور مطالعه تاثیر مستقیم عمل آوری اسیدی در دستور کار قرار گرفت. کربنات زدایی با استفاده از محلول بافر سدیم استات-استیک اسید و هم چنین با استفاده از هیدروکلریک اسید، باعث افت 30? پیک های کلریت شد. روش ته نشینی با استفاده از 24/0? هگزا متافسفات سدیم، کربنات نمونه کلریتی را از 5/18? به 5/7? کاهش داد. ضمن آن که لایه اول به دست آمده از روش ته نشینی با اعمال شتاب در سانتریفیوژ، میزان کربنات موجود در کلریت را به صفر رساند. هیچ کدام از روش های شیمیایی کربنات زدایی قادر به حذف کربنات از کلریت بدون اثر گذاری بر بخش رسی نمونه نبوده است.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.