کربنات جزء اصلی خاک های نواحی خشک و نیمه خشک است. بخشهایی از آسیا از جمله ایران جزو مناطق خشک و نیمه خشک زمین می باشند، بنابراین خاک های کربنات دار به وفور در این مناطق وجود دارد. کربنات تاثیر زیادی بر خصوصیات زیست محیطی و رفتار مهندسی خاک از جمله نفوذپذیری، چسبندگی و حدود اتربرگ و همچنین بر مساحت سطح مخصوص، ph و به طور غیر آشکار بر ظرفیت تبادل کاتیونی خاک دارد. ظرفیت تبادل کاتیونی مهمترین خصیصه ی زیست محیطی خاک ها است که بر خصوصیاتی مانند تورم و چسبندگی در خاک ها تاثیرگذار است و همچنین می تواند به عنوان مشخصه ای قدرتمند برای شرح خصوصیات کانی های رسی استفاده شود بنابراین، با توجه به موارد بیان شده بررسی تاثیر کربنات بر ظرفیت تبادل کاتیونی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اما با توجه به اینکه بخش قابل توجهی از روش های رایج آزمایش های خاک در اروپا ارائه شده که خاک های آهکی در این منطقه به طور وسیع متداول نیست، از اینرو کاربرد این روش ها در خاک های آهکی اشکالاتی را به همراه داشته و تعیین ظرفیت تبادل کاتیونی نیز از این قاعده مستثنی نبوده است. روش های معمول اندازه گیری ظرفیت تبادل کاتیونی، مشکلاتی را در تعیین ظرفیت تبادل کاتیونی و کلسیم تبادلی در خاک-های آهکی دارند و با این حال که تحقیقات بسیاری در این زمینه انجام شده است و روش های متعددی نیز ارائه شده، ولی هنوز تعیین دقیق ظرفیت تبادل کاتیونی و کاتیون تبادلی کلسیم در این خاک ها با مشکلاتی همراه است. بر همین اساس تحقیق حاضر، به مقایسه ی سه روش متداول و پرکاربرد تعیین ظرفیت تبادل کاتیونی در دو کانی مونت موریلونیت و کائولینیت به ترتیب به عنوان یکی از فعال ترین و کم اثرترین کانی های موجود در طبیعت با تغییرات درصد کربنات پرداخته است. روش های سدیم استات و agtu با توجه به نتایج مقایسه ی این روش ها با سایر روش ها در خاک های آهکی، ارائه شده در مقاله ها، انتخاب شده اند و روش باریم کلراید نیز به دلیل سادگی مراحل و قدرت بالای کاتیون باریم در جانشینی با سایر کاتیون ها در خاک انتخاب شده است. در چند سال اخیر ایده ی جدید و موفقی برای اصلاح چند روش، از جمله agtu برای اندازه گیری ظرفیت تبادلی کاتیونی و کاتیون تبادلی کلسیم در خاک های آهکی ارائه شده است، اما از این ایده برای اصلاح همه ی روش ها به دلیل رقابت تبادلی ایجاد شده در جذب، نمی توان استفاده کرد. با توجه به توانایی زیاد کاتیون باریم در جذب، در این پایان نامه تصمیم به اصلاح این روش با در نظر گرفتن ایده ی اصلاحی، گرفته شد و نتایج به دست آمده با سایر روش ها مقایسه شده است. همچنین با توجه به اهمیت وزن خاک و به عبارت دقیق تر، نسبت محلول به جامد در تعیین ظرفیت تبادل کاتیونی خاک ها در روش های مختلف، در این تحقیق تصمیم گرفته شد که به بررسی دقیق تر این متغیر بر تعیین ظرفیت تبادل کاتیونی خاک ها در روش های مورد بررسی پرداخته شود تا بهترین نسبت محلول به جامد برای هر کانی در هر روش تعیین شود. پس از انجام آزمایش ها، مقایسه ی مقادیر به دست آمده با توجه به پارامترها و معیارهای متفاوتی صورت گرفته است. این معیارها شامل مجموع کاتیون های تبادلی و شاخص های آماری نظیر انحراف معیار و ضریب تغییرات که نشان دهنده ی شدت پراکندگی داده ها است بوده است. همچنین از تغییرات مقدار ph نمونه ها در هر روش، به دلیل اینکه ph متغیر مفیدی در تعیین انتقال یون ها در خاک بوده و از عوامل تاثیرگذار بر ظرفیت تبادل کاتیونی می باشد، در تفسیر نتایج استفاده شده است. مقایسه ها نشان دادند که شیوه ی اصلاحی ارائه شده، به خوبی روش های باریم کلراید و agtu را اصلاح کرده است و همچنین مشخص شد که مقادیر cec به دست آمده از روش سدیم استات کمتر از دو روش اصلاح شده ی باریم کلراید و agtu که نتایج معقولانه و صحیحی را نتیجه می دهند، است. وزن بهینه ی خاک در دو روش باریم کلراید و agtu اصلاح شده برای کانی مونت موریلونیت g 3/0 و برای کانی کائولینیت g 5 به دست آمده است. در نهایت نیز، با مقایسه ی روش ها با یکدیگر مشخص شد که روش اصلاح شده ی باریم کلراید نسبت به سایر روش های مورد بررسی، نتایج معقولانه تری را نتیجه می دهد و همچنین روشی ساده تر بوده و خطای آن در مراحل آزمایش حداقل است. بنابراین، این روش می تواند با اطمینان برای تعیین ظرفیت تبادل کاتیونی خاک و میزان کاتیون تبادلی کلسیم در خاک های آهکی به کار برده شود

اجزای رسی در خاک ها به علت خصوصیات کانی شناسی، سطح مخصوص و ظرفیت تبادل کاتیونی زیاد، مهم ترین و تأثیرگذارترین اجزا در نگهداری آلاینده های ناشی از فلزات سنگین هستند. از خاکهای رسی به دلیل ظرفیت بافرینگ بالا و نفوذپذیری کم، به وفور در پروژه های اجرای دیوارهای آب بند و پوشش های رسی مراکز مهندسی دفن زباله استفاده می شود. همچنین سوسپانسیون های رسی به واسطه ی رفتار رئولوژیکی استثنایی شان ارزش قابل ملاحظه ای در بسیاری از صنایع و به خصوص در جاده سازی، تونل سازی، عملیات تزریق، صنعت سرامیک سازی و عمل آوری زباله دارند. با توجه به نقش بی بدیل رس ها در مهندسی ژئوتکنیک و ژئوتکنیک زیست محیطی، تعیین دقیق توزیع اندازه ذرات بخش های رسی و شناسایی خصوصیات رئولوژیکی آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به خصوصیات ریزساختاری مختلف کانی های رسی، میزان غلظت خاک و غلظت هگزامتافسفات سدیم مورد استفاده در آزمایش هیدرومتری می تواند بر نتایج توزیع اندازه ذرات به دست آمده تأثیرگذار باشد، که به نظر می رسد در استاندارد astm-d422 توجه کافی به این موضوع صورت نگرفته است. استاندارد astm برای تعیین توزیع اندازه ذرات کلیه ی خاک هایی که غالب آن ها رس و لای است، میزان 50 گرم خاک و غلظت 4 درصد هگزامتافسفات سدیم را توصیه می کند. پژوهش حاضر با هدف تعیین تأثیر غلظت هگزامتافسفات سدیم و غلظت خاک بر توزیع اندازه ذرات سه کانی رسی کائولینیت، ایلیت، و مونت موریلونیت (کانی غالب در نمونه ی بنتونیت) انجام شده است. به منظور کمّی کردن نتایج آزمایش های هیدرومتری، از آزمایش های کدورت سنجی استفاده شده و برای بررسی تغییرات ریزساختاری نمونه ها، آزمایش sem به کار گرفته شده است. آزمایش های ویسکومتری نیز به منظور مطالعه ی رفتار رئولوژیکی سوسپانسیون های رسی مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین در این پژوهش با توجه به نقش هگزامتافسفات سدیم در جدا کردن اجزای رسی از غیر رسی و پراکنده نگه داشتن ذرات، ایده ی کربنات زدایی و حصول ذرات بسیار ریزدانه ی رسی از کانی های رسی مطرح شد و نتایج تحقیق با استفاده از آزمایش های xrd، sem و psa مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایش های هیدرومتری نشان می دهند که با افزایش غلظت هگزامتافسفات سدیم تا 8 درصد، توزیع اندازه ذرات ریزتر و با کاهش غلظت خاک، توزیع اندازه ذرات درشت تری برای هر سه کانی حاصل می شود. ضمن آن که تغییر غلظت خاک نسبت به غلظت هگزامتافسفات سدیم در تغییر نتایج آزمایش هیدرومتری تأثیرگذارتر است. از میان سه خاک رسی استفاده شده، کائولینیت بیشترین تأثیر و بنتونیت کمترین تأثیر را از تغییر غلظت عامل پراکنده ساز می گیرند. کائولینیت برای توزیع اندازه ذرات دقیق تر به غلظت های بیشتر از 4 درصد هگزامتافسفات سدیم نیاز دارد، در حالی که استفاده از مقادیر کمتر از 4 درصد این ماده می تواند برای تعیین توزیع اندازه ذرات بنتونیت از دقت قابل قبولی برخوردار باشد. از این رو استاندارد astm برای تعیین دانه بندی خاک های رسی باید توجه ویژه ای به نوع کانی های رسی داشته باشد و آن ها را از یکدیگر تفکیک کند. این مسئله به علت مهم بودن تعیین دقیق اندازه ذرات کانی های رسی در مراکز دفن مهندسی زباله های هسته ای بسیار حائز اهمیت است. همچنین نتایج نشان می دهند که تا محدوده ی 30 گرم خاک برای کائولینیت و ایلیت، و 12 گرم خاک برای بنتونیت می تواند در آزمایش هیدرومتری با دقت قابل قبول مورد استفاده قرار گیرد. نتایج آزمایش های ویسکومتری نشان می دهند که مناسب ترین مدل رئولوژیکی برای توصیف خصوصیات جریانی سوسپانسیون های بنتونیتی و کائولینیتی در شرایط مختلف آزمایش، مدل هرشل- بالکلی(herschel- bulkley) است. از این مدل می توان برای پیش بینی عملکرد هر چه بهتر سیالات حفاری، و تعیین تنش تسلیم دقیق آن ها به خوبی استفاده کرد. نتایج آنالیزهای xrd و تیتراسیون نیز نشان از موفق بودن ایده ی کربنات زدایی از کانی های رسی با استفاده از هگزامتافسفات سدیم به عنوان روشی جدید برای کربنات زدایی دارند

استفاده از نتایج آزمایش های مکانیک خاک یکی از پایه های اصلی در انجام طراحی های سازه ای، تحقیقات آزمایشگاهی و ‏مدل سازی نظری است. اندازه خطاهای موجود در نتایج آزمایشات بر قابل اعتماد بودن نتایج و تحقیقات انجام شده تأثیر ‏مستقیم می گذارد. در طراحی های پروژه های ژئوتکنیکی و خصوصاً در پروژه های ژئوتکنیک زیست محیطی، استفاده از نتایج ‏آزمایش های مکانیک خاک به طور مستقیم بر نتایج طراحی اثر می گذارد. علاوه بر خطاهای ناشی از آزمایش گر و دستگاه های ‏انجام آزمایش، نوع کانی های رسی موجود در خاک و مشخصات آب حفره ای خاک بر حدود تغییرات نتایج آزمایش های مکانیک ‏خاک در صورت تکرار آزمایش، تأثیرگذار است. در این راستا مشخص کردن تعداد آزمایش های مورد نیاز همواره مورد توجه ‏محققین بوده است. ‏ در خصوص نقش خطاهای مطالعات آزمایشگاهی بر نتایج اخذ شده از آزمایش ها در علوم مختلف مهندسی، تحقیقات وسیعی ‏صورت گرفته است. تاکنون در خصوص حدود و شدت این تأثیر، تحقیقات جامعی صورت نگرفته است. لازم است میزان این ‏تأثیر در آزمایش های مکانیک خاک مشخص شود تا از شکل گیری پیش بینی های نادرست در محاسبات جلوگیری شود. براین ‏اساس محاسبه محدوده اطمینان و فاصله اطمینان برای میانگین محاسبه شده، تعیین محدوده قابل قبول ضریب تغییرات ‏cov، نوع توزیع آماری، مقدار چولگی ‏ و‎ ‎کشیدگی2، تعداد تکرار لازم آزمایش ها برای کانی های مختلف رسی با درصدهای ‏مختلف ماسه و خصوصیات مختلف آب حفره ای بسیار قابل توجه است. مقادیر و نمودارهای به دست آمده می توانند یک الگوی ‏بسیار ارزنده مهندسی- اقتصادی- آماری در کارهای اجرایی مهندسی، تحقیقات و مطالعات آزمایشگاهی ژئوتکنیکی و ‏ژئوتکنیک زیست محیطی باشند. در مطالعه حاضر، تأثیر نوع کانی رسی و خصوصیات آب حفره ای بر خطای آزمایش های حدود ‏اتربرگ، تحکیم یک بعدی و برش مستقیم مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا حدود 500 آزمایش حدود اتربرگ، حدود ‏‏200 آزمایش برش مستقیم و حدود 300 آزمایش تحکیم انجام شده است. یک سری از این آزمایش ها بر روی نمونه هایی با ‏درصدهای مختلف کائولینیت، بنتونیت و ماسه شاهد با دانه بندی مشخص انجام شده است و سری دوم بر روی نمونه های ‏بنتونیتی حاوی غلظت های مختلف آلاینده سرب (‏pb(no3)2‎‏) انجام شده است. نتایج بخشی از آزمایش های ژئوتکنیکی انجام ‏شده بر روی خاک منطقه ویژه اقتصادی جهان آباد واقع در شمال شهرستان همدان نیز در این رساله مورد تجزیه و تحلیل ‏قرار گرفته است. این نتایج در دو بخش پارامترهای شناسایی و مقاومتی مورد بحث و تجزیه و تحلیل واقع شده است. نتایج ‏خاک جهان آباد نشان می دهد، انجام مطالعات مشابهی برای سایر خاک های کشور، مخصوصاً خاک های مسئله دار ضروری است.‏ نتایج این تحقیق بیانگر آن است که، علاوه بر خطاهای متعارف در نتایج آزمایش های مکانیک خاک، نوع کانی رسی و ‏خصوصیات آب حفره ای خاک ها، تأثیر بسزایی بر خطاهای موجود، توزیع خطا، مقدار چولگی ‏ و کشیدگی2، مقدار ضریب ‏تغییرات ‏cov، مقدار واریانس و سایر پارامترهای دیگر آماری دارد. تغییرات خصوصیات آب حفره ای که سبب تغییر در ‏خصوصیات لایه دوگانه می شود در خواص خاک و همچنین در نتایج اخذ شده از آزمایش های مکانیک خاک تأثیر مستقیم دارد ‏و موجب بروز تغییر در خطاهای آزمایش های مختلف مکانیک خاک می شود. با توجه به نتایج آماری و ژئوتکنیکی موجود به نظر ‏می رسد در انتخاب پارامترهای کلیدی متعارف در تحلیل و طراحی های ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی، علاوه بر معیار ‏متعارف استفاده از میانگین، ضروری است سایر پارامترهای دیگر آماری مانند چولگی، کشیدگی، ضریب تغییرات، نوع توزیع ‏آماری، مد و میانه نیز مورد نظر قرار گیرند. در این رساله محدوده معقولی از مقادیر ‏cov، برای آزمایش های انجام شده، ‏پیشنهاد شده است. همچنین در این رساله، به منظور تعیین توزیع آماری مناسب برای پراکندگی نتایج، چند توزیع آماری ‏رایج همچون توزیع های خانواده نرمال، توزیع های خانواده لجستیک، توزیع های خانواده گاما، توزیع های خانواده ویبول، ‏توزیع های گامبل و توزیع نمایی مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهند که توزیع های نرمال، ویبول و و‎ ‎لجستیک ‏توزیع های مناسب تری جهت برازش پراکندگی نتایج هستند. نتایج آماری به دست آمده از خاک جهان آباد با سایر نتایج ‏تحقیقات انجام شده مقایسه کمی شده است. نتایج تجزیه و تحلیل آماری و ژئوتکنیکی خاک جهان آباد نشان می دهد، خاک ‏منطقه نشست پذیر بوده و دارای ظرفیت باربری بسیار کمی است، لذا برای احداث سازه های سنگین، راهکارهای مختلف اصلاح ‏مهندسی خاک ضروری به نظر می رسد.‏