بهسازی و تثبیت خاک‌های نرم و سست ریزدانه به روش رسوب‌زایی زیستی کربنات کلسیم (مطالعه‌ی موردی: خاک ریزدانه دانشکده کشاورزی کرمانشاه)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

2 دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

فرآیند رسوب‌زایی زیستی به عنوان یک روش بهسازی بیولوژیکی خاک به مجموعه‌ای از واکنش‌های بیوشیمیایی اشاره دارد که طی آن، رسوب تشکیل شده توسط باکتری‌ها موجب پیوند دانه‌های خاک و در نتیجه بهبود خواص آن می‌شود. در هر کدام از تحقیقات قبلی در زمینه‌ی رسوب‌زایی زیستی، یکی از روش‌های اختلاط، جذب سطحی و تزریق جهت افزودن مواد رسوب‌زا به خاک استفاده شده است و تا به حال مقایسه‌ای بر این روش‌ها صورت نگرفته است. آنچه در فرآیند رسوب­زایی زیستی به عنوان یک روش بهسازی خاک بسیار حائز اهمیت است و در واقع یکی از مهم­ترین چالش­های این روش محسوب می­ شود، نفوذِ یکنواختِ محلول­ رسوب­زا و به تبع آن توزیع متناسب رسوبات تشکیل شده در حجم خاک است. در پژوهش حاضر پس از بهینه‌سازی شرایط رسوب‌زایی، تأثیر روش ساخت نمونه ­های آزمایش تک محوری در بهسازی بیولوژیکی خاک ریزدانه رسی کرمانشاه با دو باکتری Bacillus megaterium و  Lysinibacillus boronitolerans مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که روش­ ساخت نمونه (از نظر اضافه کردن مواد رسوب­ زا) بر میزان بهبود مقاومت فشاری نمونه ­­ها تأثیر قابل توجهی دارد و بیشترین بهبود مقاومت تا 2/68 برابر برای باکتری Bacillus megaterium در روش جذب سطحی اتفاق افتاده است و به طور کلی افزودن مواد رسوب‌زا به خاک به روش جذب سطحی در جای‌گیری مناسب رسوب بین دانه‌های خاک، به نسبت روش اختلاط و تزریق، مؤثرتر عمل کرده است و در واقع به محلول‌ها اجازه داده شده که بین دانه‌های خاک به سمت کنج‌ها که محل اتصال دانه‌هاست حرکت کنند و در نتیجه منجر به تشکیل رسوب مؤثر در محل اتصال دانه‌ها شوند. همچنین تثبیت بیولوژیکی نمونه‌ی آزمایش تحکیم، تغییرات نسبت منافذ خاک را از 0/584 به 0/354 و شاخص فشردگی را از 0/77 به 0/038 کاهش داده است و افزودن مواد رسوب­زا به نمونه ­ی آزمایش حدود اتربرگ موجب کاهش شاخص خمیری از 26 به 19 شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Improvement and stabilization of soft and loose fine-grained soils by Microbial Induced Calcite Precipitation (MICP) method (Case study: fine-grained soil of Kermanshah Faculty of Agriculture)

نویسندگان [English]

  • Sara Karami 1
  • jahangir khazaei 1
  • Mohammad Sharifipour 1
  • Ruhollah Sharifi 2
1 Master student of Geotechnics, Razi University, kermanshah, iran
2 Assistant Professor, Razi University, kermanshah, iran
چکیده [English]

The process of biomineralization as a method of biological soil improvement refers to a set of biochemical reactions in which the sediment formed by bacteria causes the grains of soil to graft and thus improve its properties. In each of the previous researches in the field of biomineralization, one of the methods of mixing, adsorption and injection have been used to add cementation solution to the soil and so far, no comparison has been made on these methods. What is very important in the biomineralization process as a soil remediation method and in fact, one of the most important challenges of this method is the uniform penetration of the biocementation solution and, consequently the proportional distribution of sediments formed in the soil matrix. In the present study, after optimizing the precipitation conditions, the effect of the sample-making method on the biological improvement of Kermanshah clay fine-grained soil with two bacteria Bacillus megaterium and Lysinibacillus boronitolerans was studied. The results show that the method of sample making (in terms of adding biocementation solutions) has a significant effect on the improvement of the compressive strength of samples. The maximum improvement of soil compressive strength (up to 2.68) occurred for Bacillus megaterium in the adsorption method. In general, the addition of solution to the soil by adsorption method has been more effective in the proper placement of sediment between soil grains than the mixing and injection method. It has been more effective and in fact the solutions have been allowed to move between the soil grains to the corners where the grains join, thus resulting in the formation of effective sediment at the grains joint. Also, biological stabilization of the consolidation test sample reduced the soil void ratio change from 0.584 to 0.354 and the compression index from 0.077 to 0.038. The addition of biocementation solutions to the sample of atterberg limits test sample reduced the plasticity index from 26 to 19.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biological Soil improvement
  • Microbial induced calcite precipitation
  • unconfined compression strength
  • Soil plasticity and Environmental geotechnics

مراجع

[1] R.H. Karol, Chemical grouting and soil stabilization, revised and expanded, Crc Press, 2003.
[2] B. Krajewska, Urease-aided calcium carbonate mineralization for engineering applications: A review, Journal of advanced research, 13 (2018) 59-67.
[3] J.T. DeJong, M.B. Fritzges, K. Nu¨sslein, Microbial induced cementation to control sand response to undrained shear,132 (11) (2006)1381-1392.
[4] J.T. DeJong, B.M. Mortensen, B.C. Martinez, D.C. Nelson, Bio-mediated soil improvement, Ecological Engineering, 36(2) (2010) 197-210.
[5] V. Ivanov, J. Chu, Applications of microorganisms to geotechnical engineering for bioclogging and biocementation of soil in situ, Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 7(2) (2008) 139-153.
[6] A.J. Phillips, R. Gerlach, E. Lauchnor, A.C. Mitchell, A.B. Cunningham, L. Spangler, Engineered applications of ureolytic biomineralization: a review, Biofouling, 29(6) (2013) 715-733.
[7] M.S. Reddy, Biomineralization of calcium carbonates and their engineered applications: a review, Frontiers in microbiology, 4 (2013) 314.
[8] N. Hataf, A. Baharifard, Reducing Soil Permeability Using Microbial Induced Carbonate Precipitation (MICP) Method: A Case Study of Shiraz Landfill Soil, Geomicrobiology Journal, 37(2) (2020) 147-158.
[9] W. De Muynck, K. Verbeken, N. De Belie, W. Verstraete, Influence of urea and calcium dosage on the effectiveness of bacterially induced carbonate precipitation on limestone, Ecological Engineering, 36(2) (2010) 99-111.
[10] G.D. Okwadha, J. Li, Optimum conditions for microbial carbonate precipitation, Chemosphere, 81(9) (2010) 1143-1148.
[11] S.-S. Park, S.-G. Choi, I.-H. Nam, Effect of plant-induced calcite precipitation on the strength of sand, Journal of Materials in Civil Engineering, 26(8) (2014) 06014017.
[12] X. Sun, L. Miao, T. Tong, C. Wang, Study of the effect of temperature on microbially induced carbonate precipitation, Acta Geotechnica, 14(3) (2019) 627-638.
[13] J.P. Carmona, P.J.V. Oliveira, L.J. Lemos, Biostabilization of a sandy soil using enzymatic calcium carbonate precipitation, Procedia engineering, 143 (2016) 1301-1308.
[14] K. Chiet, K. Kassim, K. Chen, U. Martula, C. Yah, A. Arefnia, Effect of reagents concentration on biocementation of tropical residual soil, in:  IOP conference series: materials science and engineering, 2016.
[15] N.W. Soon, L.M. Lee, T.C. Khun, H.S. Ling, Improvements in engineering properties of soils through microbial-induced calcite precipitation, KSCE Journal of Civil Engineering, 17(4) (2013) 718-728.
[16] N.W. Soon, L.M. Lee, T.C. Khun, H.S. Ling, Factors affecting improvement in engineering properties of residual soil through microbial-induced calcite precipitation, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 140(5) (2014) 04014006.
[17] L. Cheng, R. Cord-Ruwisch, M.A. Shahin, Cementation of sand soil by microbially induced calcite precipitation at various degrees of saturation, Canadian Geotechnical Journal, 50(1) (2013) 81-90.
[18] K. Wen, Y. Li, S. Liu, C. Bu, L. Li, Development of an improved immersing method to enhance microbial induced calcite precipitation treated sandy soil through multiple treatments in low cementation media concentration, Geotechnical and Geological Engineering, 37(2) (2019) 1015-1027.
[19] H. Katebi, A. Fahmi, A. Ouria, A. Babaeian Amini, H.S. Kafil, Microbial Surface Treatment of Sand with Sporosarcina pasteurii to Improve the Wind Erosion Resistance in Urmia Lake, Applied and Environmental Soil Science 2021 (2021).
[20] S. Babakhani, A. Fahmi, H. Katebi, A. Ouria, A. Majnouni‐Toutakhane, K. Ganbarov, H.S. Kafil, Non‐sterile corn steep liquor a novel, cost effective and powerful culture media for Sporosarcina pasteurii cultivation for sand improvement, Journal of Applied Microbiology, 130(4) (2021) 1232-1244.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 54، شماره 9
آذر 1401
صفحه 3217-3242

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار