نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

بررسی تجربی تزریق زیستی در افزایش ظرفیت‌باربری ستون‌های سنگ‌ریزه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 مهندسی عمران ژئوتکنیک، دانشگاه صنعتی اصفهان ،اصفهان، ایران
2 استاد مکانیک سنگ، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان
3 دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک سنگ، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان
4 دانشیار ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان
چکیده
همواره از گذشته تا کنون احداث سازه‌ها بر روی خاک‌های سست و ضعیف مهندسان را با مشکلاتی مواجه کرده‌است که نیازمند بهبود مشخصات خاک است. در این بین پی سازه‌هایی که در معادن بر روی باطله ها و یا خاکهای سست اجرا می‌شوند، نیازمند پایدار سازی و بهبود دارند. از بین این روش‌ها می‌توان تزریق مواد شیمیایی و بیولوژیکی را نام برد. تزریق مواد شیمیایی مانند سیمان و آهک علاوه بر اثرات سمی، اغلب پرهزینه هستند. تثبیت میکروبی خاک (MICP) اخیرا به عنوان یک فناوری دوستدار محیط‌زیست به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. عوامل متعددی همچون دما،pH ، نحوه تزریق و غلظت واکنش‌دهنده‌ها بر فرآیند MICP تأثیرگذار است که با توجه به مطالعات گذشته، محدود بهینه‌ای برای هریک در نظر گرفته شده‌است. در این مطالعه تأثیر فرآیند MICP بر روی ظرفیت باربری ستون‌های ماسه‌ای مورد بررسی قرار گرفته‌است. این ستون‌ها به منظور تحکیم خاک‌های سست و بر روی پی‌هایی که نیاز به تحکیم دارند مانند پی سازه‌هایی که در معادن اجرا می‌شوند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. باکتری مورد استفاده باسیلوس پاستوری و خاک مورد مطالعه رس با پلاستیسیته بالا و ماسه ریزدانه بوده است که بهسازی بر روی ستون ماسه‌‌ای انجام شده است. نتایج نشان داد که استفاده از روش MICP بر افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست تأثیرگذار است . ظرفیت باربری نمونه بهسازی شده را نسبت به نمونه بهسازی نشده 3/4 برابر شده‌است که نشان می‎دهد رسوب کلسیت سبب چسباندن دانه‌های خاک شده و باعث افزایش مقاومت شده‌است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]         Xiang, J., Liu, H., Chu, J., "Strength and permeability of bentonite-assisted biocemented coarse sand", No. July, 2021.
[2]         Van Paassen, L.A., Daza, C.M., Staal, M., Sorokin, D.Y., van der Zon, W., van Loosdrecht, M.C.M., "Potential soil reinforcement by biological denitrification", Ecological Engineering, Vol. 36, No. 2, pp. 168–175, 2010.
[3]         Mukherjee, S., Sahu, R.B., Mukherjee, J., Sadhu, S., "Application of microbial-induced carbonate precipitation for soil improvement via ureolysis", Ground Improvement Techniques and Geosynthetics: IGC 2016 Volume 2, pp. 85–94, 2019.
[4]         Ng, W.-S., Lee, M.-L., Hii, S.-L., "An overview of the factors affecting microbial-induced calcite precipitation and its potential application in soil improvement", International Journal of Civil and Environmental Engineering, Vol. 6, No. 2, pp. 188–194, 2012.
[5]         Seifan, M., Berenjian, A., "Application of microbially induced calcium carbonate precipitation in designing bio self-healing concrete", World Journal of Microbiology and Biotechnology, Vol. 34, pp. 1–15, 2018.
[6]         Mitchell, J.K., Santamarina, J.C., "Biological considerations in geotechnical engineering", Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, Vol. 131, No. 10, pp. 1222–1233, 2005.
[7]         Yi, H., Zheng, T., Jia, Z., Su, T., Wang, C., "Study on the influencing factors and mechanism of calcium carbonate precipitation induced by urease bacteria", Journal of Crystal Growth, Vol. 564, No. February, pp. 126113, 2021.
[8]         Xiao, Y., Wang, Y., Wang, S., Evans, T.M., Stuedlein, A.W., Chu, J., Nh, Þ., "Homogeneity and mechanical behaviors of sands improved by a temperature-controlled one-phase MICP method", Acta Geotechnica, Vol. 16, No. 5, pp. 1417–1427, 2021.
[9]         Journal, A.I., Mahawish, A., Bouazza, A., Gates, W.P., "Strengthening crushed coarse aggregates using", Geomechanics and Geoengineering, Vol. 00, No. 00, pp. 1–12, 2018.
[10]       Wu, C., Ph, D., Chu, J., Ph, D., Cheng, L., Ph, D., Wu, S., Ph, D., "Biogrouting of Aggregates Using Premixed Injection Method with or without pH Adjustment", Vol. 31, No. 9, pp. 1–6, 2019.
[11]       Al Qabany, A., Soga, K., Santamarina, C., "Factors affecting efficiency of microbially induced calcite precipitation", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 138, No. 8, pp. 992–1001, 2012.
[12]       Donnell, S.T.O., Asce, M., Jr, E.K., Asce, F., Rittmann, B.E., Asce, M., "MIDP : Liquefaction Mitigation via Microbial Denitrification as a Two-Stage Process . II : MICP", Vol. 143, No. 12, pp. 1–12, 2018.
[13]       Zamani, A., Montoya, B.M., Permeability reduction due to microbial induced calcite precipitation in sand, 2016.
[14]       Meng, H., Gao, Y., He, J., Qi, Y., Hang, L., "Microbially induced carbonate precipitation for wind erosion control of desert soil: Field-scale tests", Geoderma, Vol. 383, pp. 114723, 2021.
[15]       Salifu, E., MacLachlan, E., Iyer, K.R., Knapp, C.W., Tarantino, A., "Application of microbially induced calcite precipitation in erosion mitigation and stabilisation of sandy soil foreshore slopes: A preliminary investigation", Engineering Geology, Vol. 201, pp. 96–105, 2016.
[16]       Qiao, S., Zeng, G., Wang, X., Dai, C., Sheng, M., Chen, Q., Xu, F., Xu, H., "Multiple heavy metals immobilization based on microbially induced carbonate precipitation by ureolytic bacteria and the precipitation patterns exploration", Chemosphere, Vol. 274, pp. 129661, 2021.
[17]       Behzadipour, H., Sadrekarimi, A., "Effects of microbially induced calcite precipitation on static liquefaction behavior of a gold tailings sand", Biogeotechnics, Vol. 2, No. 4, pp. 100097, 2024.
[18]       Hu, L., Zheng, H., Wu, L., Zhang, Z., Yu, Q., Tian, Y., He, G., "Experimental Study on the Effect of an Organic Matrix on Improving the Strength of Tailings Strengthened by MICP", 2023.
[19]       Proudfoot, D., Brooks, L., Gammons, C.H., Barth, E., Bless, D., Nagisetty, R.M., Lauchnor, E.G., "Investigating the potential for microbially induced carbonate precipitation to treat mine waste", Journal of hazardous materials, Vol. 424, pp. 127490, 2022.
[20]       Rodin, S., Champagne, P., Mann, V., "Pilot-scale feasibility study for the stabilization of coal tailings via microbially induced calcite precipitation", Environmental Science and Pollution Research, Vol. 30, No. 4, pp. 8868–8882, 2023.
[21]       Song, C., Elsworth, D., Jia, Y., Lin, J., "Permeable rock matrix sealed with microbially-induced calcium carbonate precipitation: Evolutions of mechanical behaviors and associated microstructure", Engineering Geology, Vol. 304, pp. 106697, 2022.
[22]       Kariminia, T., "Soil microbial improvement using enriched vinasse as a new abundant waste", 2023.
[23]       Wen, K., Li, Y., Liu, S., Bu, C., Li, L., "Evaluation of MICP treatment through EC and pH tests in urea hydrolysis process", Environmental Geotechnics, Vol. 8, No. 4, pp. 274–281, 2019.
[24]       Wang, Y., Wang, Y., Soga, K., DeJong, J.T., Kabla, A.J., "Microscale investigations of temperature-dependent microbially induced carbonate precipitation (MICP) in the temperature range 4–50 C", Acta Geotechnica, Vol. 18, No. 4, pp. 2239–2261, 2023.
[25]       Mahawish, A., Bouazza, A., Gates, W.P., "Effect of particle size distribution on the bio-cementation of coarse aggregates", Acta Geotechnica, 2017.
[26]       XIONG, Y., DENG, H., LI, J., CHENG, L., ZHU, W., "Experimental study of MICP-treated sand enhanced by pozzolan", Rock and Soil Mechanics, Vol. 43, No. 12, pp. 8, 2023.
[27]       Liang, S., Xiao, X., Wang, J., Wang, Y., Feng, D., Zhu, C., "Influence of fiber type and length on mechanical properties of MICP-treated sand", Materials, Vol. 15, No. 11, pp. 4017, 2022.
[28]       Ma, G., He, X., Jiang, X., Liu, H., Chu, J., Xiao, Y., "Strength and permeability of bentonite-assisted biocemented coarse sand", Canadian Geotechnical Journal, Vol. 58, No. 7, pp. 969–981, 2021.
[29]       Lv, C., Tang, C.-S., Zhang, J.-Z., Pan, X.-H., Liu, H., "Effects of calcium sources and magnesium ions on the mechanical behavior of MICP-treated calcareous sand: experimental evidence and precipitated crystal insights", Acta Geotechnica, Vol. 18, No. 5, pp. 2703–2717, 2023.