مطالعه ي تغييرات ضريب نفوذپذيري و ميزان نشست پذيري خاك هاي مارني در اثر اعمال حرارت از ديدگاه ريزساختاري

Microstructural Analysis of Thermally Induced Changes in Permeability Coefficient and Settlement of Marl Soils

حرارت سبب ايجاد تغييرات در رفتار مهندسي خاك هاي رسي مي شود. استفاده از خاك هاي رسي به عنوان پوشش محافظ در دفن زباله هاي سطح بالا از جمله مواردي است كه رس تحت رژيم هاي حرارتي متوسط تا زياد قرار مي گيرد. مارن ها از جمله نهشته هاي رسوبي هستند كه از كاني هاي رسي و كربنات كلسيم تشكيل شده اند. وجود كاني هاي رسي و كربنات كلسيم در خاك هاي مارن به شدت در رفتار مهندسي خا ك ها تاثيرگذار است. پژوهش حاضر به مطالعه خصوصيات مهندسي خاك هاي مارني تحت رژيم هاي حرارتي با نگرش ويژه به تغييرات ضريب نفوذپذيري، نشست پذيري و مقاومت فشاري از منظر ريز ساختاري مي پردازد. در اين راستا پس از تعيين خصوصيات ژيوتكنيكي خاك مارن، نمونه هاي خاك در معرض سطوح حرارتي بين°C 25 تا °C 900 قرار داده شده است. تغيير مشخصات خاك هاي مارني در اثر اعمال حرارت از طريق انجام آزمايش هاي مختلف مكانيكي (نفوذپذيري، تحكيم، مقاومت فشاري محدود نشده (UCS)) و آزمايش هاي ريزساختاري (pH، پراش اشعه ايكس (XRD) و تصوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)) تجزيه و تحليل شد. پايش ريزساختار خاك هاي مارني نشان مي دهد كه به دليل تخريب و شكل گيري كاني هاي جديد و همچنين آرايش ذرات خاك و بافت ميكروسكوپي تحت رژيم هاي حرارتي ضريب نفوذپذيري روند افزايشي دارد اما در دماي °C 700 به دليل تشكيل تركيبات سيماني ضريب نفوذپذيري حدود 50000 برابر كاهش مي يابد.

Temperature changes the engineering behavior of clay soils. Clay soils are used as a protective cover for burial of high-level wastes (HLWs), where the soil is exposed to medium to high temperature regimes. Marls are a type of sedimentary deposits consisting of clay minerals and calcium carbonate. These two components can substantially influence the behavior of marl soils from an engineering standpoint. The present study focuses on the engineering characteristics of marl soils under various temperature regimes with an emphasis on the microstructural changes in permeability coefficient, settlement, and compressive strength Therefore, after determining the geotechnical properties of the marl soil, its samples were exposed to temperatures from 25℃ to 900℃. The changes in marl soil properties were analyzed via mechanical tests (measuring permeability, consolidation, and uniaxial compressive strength), and microstructural tests (measuring pH and X-Ray diffraction), and scanning electron microscopy (SEM). The microstructural analysis of marl soil samples indicates that due to the deterioration and formation of new minerals as well as soil particle arrangement and microscopic texture; temperature regimes increase the permeability coefficient. However, at 700℃ the formation of cement compounds reduces permeability coefficient by an approximate factor of 50,000.