اعتبار،چابکی،پاسخگویی

بررسی آزمایشگاهی تاثیر استفاده از نانوسیلیس، نانوتیتانیوم و نانو اکسید آلومینیوم بر رفتار ژئوتکنیکی خاک‎های رمبنده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد عمران ژئوتکنیک، جهاد دانشگاهی خوزستان، اهواز، ایران.

2 استادیار گروه عمران، مرکز تحقیقات مواد و انرژی، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی ، دزفول، ایران.

3 استادیار گروه مهندسی عمران، موسسه آموزش عالی جهاد دانشگاهی خوزستان، اهواز، ایران.

چکیده
هدف از پژوهش پیش روی، بررسی آزمایشگاهی اثر استفاده از سه نوع نانو مواد شامل نانوسیلیس، نانوآلومینیوم و نانوتیتانیوم بر پارامترهای ژئوتکنیکی خاک‌های رمبنده می‌باشد. برای بررسی اثرات استفاده از این نانو مواد از تفسیر نتایج آزمایشات برش مستقیم و نوع خاصی از آزمایش تحکیم مناسب خاک‌های رمبنده کمک گرفته شد. برای انجام آزمایشات از خاک رمبنده موجود در سایتی اهواز-هویزه استفاده شد که پیشتر اطلاعات حداقلی هچون وزن مخصوص طبیعی آن در اختیار بود، از این نکته به عنوان شاخصی اساسی در بازسازی آزمونه‌های آزمایشی کمک گرفته شد. نتایج آزمایشات نشان می‌دهد که هر سه مدل نانو مواد باعث کاهش رمبندگی، نسبت به نمونه شاهد(با پتانسیل رمبندگی 21.59%) هستند. هر سه مدل بهسازی با نانومواد پوش گسیختگی(با مکانیسم‌های متفاوتی) را به سطوح بالاتر انتقال داده، در مورد نانوسیلیس با افزایش زاویه اصطکاک داخلی(از 24.3 به 30 درجه در بیشترین حالت) و نانوتیتانیوم با افزایش چسبندگی(از 0.13 به 0.43 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع در بیشترین حالت) اتفاق افتاد. در نهایت با انتخاب چندین معیار و امتیازدهی مشخص، سناریو نانوتیتانیوم 1.5% با کاهش 56% پتانسیل رمبندگی به عنوان بهینه‌ترین ترکیب فنی-اقتصادی انتخاب شد، همچنین در این سناریو زاویه اصطکاک داخلی 27% کاهش و چسبندگی زهکشی شده 300% افزایش را نشان می‌دهد. در واقع به نظر می‌رسد سناریو نانوتیتانیوم 1.5% و به علت اندازه ذرات نانو باعث بهبود قفل‌شدگی اولیه ذرات خاک شده هرچند در مورد لغزش و اصطکاک ذرات بر روی هم اثر معکوس داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental investigation of the effect of using nanosilica, nanotitanium and nano aluminum oxide on the geotechnical behavior of collapsible soils.

نویسندگان English

Zahra Sasannejad 1
Ebrahim Nohani 2
Hamidreza Holakoei 3
1 M.Sc. in Civil Engineering – Geotechnical Engineerin, Jahad University Khuzestan, Ahvaz, Iran.
2 Department of Civil Engineering, Materials and Energy Research Center, Dez.C.,Islamic Azad University, Dezful, Iran
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, ACECR Khouzestan Institute of Higher Education, Ahvaz, Iran
چکیده English

The aim of the present study is to investigate the laboratory effect of using three types of nanomaterials including nanosilica, nanoaluminum and nanotitanium on the geotechnical parameters of subsidence soils. To investigate the effects of using these nanomaterials, the interpretation of the results of direct shear tests and a specific type of appropriate consolidation test of subsidence soils was used. To conduct the tests, subsidence soil available at a site in Ahvaz-Hoveyzeh was used, for which minimal information such as its natural specific gravity was previously available, and this point was used as a basic indicator in the reconstruction of the test specimens. The test results show that all three nanomaterial models reduce subsidence compared to the control sample (with a subsidence potential of 21.59%). All three models of improvement with nanomaterials transferred the rupture (with different mechanisms) to higher levels, in the case of nanosilica with an increase in the internal friction angle (from 24.3 to 30 degrees in the maximum case) and nanotitanium with an increase in adhesion (from 0.13 to 0.43 kg/cm2 in the maximum case). Finally, by selecting several criteria and giving specific scores, the 1.5% nanotitanium scenario was selected as the most optimal technical-economic combination with a 56% reduction in the collapse potential, also in this scenario the internal friction angle decreased by 27% and the drained adhesion increased by 300%. In fact, it seems that the 1.5% nanotitanium scenario, due to the size of the nano particles, improved the initial locking of the soil particles, although it had the opposite effect on the sliding and friction of the particles on each other.

کلیدواژه‌ها English

  • Soil compaction
  • nanomaterials
  • compaction potential
  • optimal composition
معروف، م، بلوری بزاز، ج، 1393 ، اصلاح و بهسازی خاکهای رمبنده، نشریه زمین شناسی مهندسی، دوره 8، شماره 4
.2536- صفحه 2513
شیرابه بر میزان فروریزش و پارامترهای مقاومت pH خدابنده، م، کرامتی، م، حسینی، م، نوکنده، ص، 1398 ، بررسی تاثیر
.45- برشی خاکهای رمبنده، نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 51 ، شماره 1، صفحه 58
زمانیان، م، قهرمانی، ف، 1399 ، بررسی تأثیر سیمان پرتلند و نانو رس بر پتانسیل فروریزش و شاخصهای تحکیم خاک
.1439- فروریزشی، نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 52 ، شماره 6، صفحه 1454
محمودی، م، پورحسینی، ر، 1401 ، دستگاه بزرگ مقیاس ارزیابی پتانسیل رمبندگی خاک با امکان شبیهسازی نوع نشت
.4809- آب، نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 54 ، شماره 12 ، صفحه 4826
سلطانی نژاد، ع، مخبری، م، مرندی، م، 1402 ، مطالعه آزمایشگاهی رفتار ژئوتکنیکی خاکهای رمبنده بهسازی شده با
.2091- مواد نانو، نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 55 ، شماره 10 ، صفحه 2112
محمودی، م، پورحسینی، ر، 1402 ، برآورد تأثیر رس در پتانسیل رمبندگی خاک در روشهای مختلف نفوذ آب، نشریه
.111- مهندسی عمران شریف، دوره 39 ، شماره 3، شماره پیاپی 3، صفحه 121
محمودی، م، پورحسینی، ر، 1403 ، برآورد تاثیر شدت سربار بر پتانسیل رمبندگی خاک در الگوهای مختلف نفوذ آب،
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، مقالات آماده انتشار.
A.A. Basma, E.R.J.J.o.G.E. Tuncer, Evaluation and control of collapsible soils, 118(10) (1992)
1491-1504.
Abood, A., Y. Fattah, M., Al-Adili, A., Effect of saturation on dynamic characteristics of
collapsible gypseous soil using cyclic triaxial testing, Case Studies in Construction Materials, 19,
(2023), e02502.
A.H.H. S. Mohammadi Khan Abadi, Laboratory study of soil improvement using nanomaterials
(case study on the soil of Sardareh-Garmsar region), Technical and Engineering Faculty, Garmsar
University, 2018.
A. Johari, H. Golkarfard, F. Davoudi, A.J.B.o.E.G. Fazeli, t. Environment, A predictive model
based on the experimental investigation of collapsible soil treatment using nano-clay in the Sivand
Dam region, Iran, 80 (2021) 6725-6748.
Bull, W.B. “1964”, “Alluvial fans and near-surface subsidence in Western Fresno County,
California”, Geological Survey Professional Paper 437-A, Washington, 71.
G. Zhang, Soil nanoparticles and their influence on engineering properties of soils, in: Advances
in measurement and modeling of soil behavior, 2007, pp. 1-13.
Civil and Project Journal, 2026, 7(11), 49-74
https://doi.org/10.22034/cpj.2025.550219.1404
73
Huat, B.B.K., AL Aziz, A., Faisal, H. A. and Azmi, N. A. (2020), “Effect of Wetting on
Collapsibility and Shear Strength of Tropical Residual Soils”, Ele. Journal of Geotechnical
Engineering (EJGE), Vol. 13, Bund. G. PP. 1-14.
I.S. Lori, M.M. Toufigh, V.J.C. Toufigh, B. Materials, Improvement of poorly graded sandy soil
by using copper mine tailing dam sediments-based geopolymer and silica fume, 281 (2021) 122591.
I. Jefferson, D. Evstatiev, D. Karastanev, The treatment of collapsible loess soils using cement
materials, in: GeoCongress 2008: Geosustainability and geohazard mitigation, 2008, pp. 662-669.
J.N.A. M. Qazawi, Design and implementation methods of stone columns, Khajeh Nasir Toosi
University of Technology Publications, 2010.
K.M. Rollins, J.J.J.o.G. Kim, G. Engineering, Dynamic compaction of collapsible soils based on
US case histories, 136(9) (2010) 1178-1186.
Khodabandeh, M.A., Gabor, N., Akos, T., (2023), “Stabilization of collapsible soils with
nanomaterials, fibers, polymers, industrial waste, and microbes: Current trends”, Construction and
Building Materials, Volume 368.
Macedo, J., Sotelo, G., Orellana, S., Vergaray, L., Liu, F., Jaffal, H., El Mohtar, C., Geotechnical
characterization of collapsible salty sands subjected to monotonic and cyclic loadings – A case study
for areas with high seismicity, Soils and Foundations, 63(1) (2023), 101252.
M. Khaleghi, M.J.S. Rowshanzamir, T. Research, Biologic improvement of a sandy soil using
single and mixed cultures: A comparison study, 186 (2019) 112-119.
M. Khaleghi, M.A.J.J.o.C. Rowshanzamir, E. Engineering, Impact of Biologic Single and Mixed
Medium on Mechanical-Hydraulic properties of Dune Sand, 52(109) (2023) 91-100.
M.M. Abbas, A. Nazir, A.M. Nasr, M.A.J.J.o.E.R. Darweish, Utilization of Industrial Wastes for
Improving Geotechnical Properties of Collapsible Soil, 5(1) (2021) 15-19.
Scheffe, K. F. (2005), “Collapsible soils in the Rio Grande Valley of central New Mexico”,
Geological Society of America(GSA), Vol. 37, Issue 7, pp. 327.
S.M. Haeri, A.M. Hosseini, M.M. Shahrabi, S. Soleymani, Comparison of strength characteristics
of Gorgan loessial soil improved by nano-silica, lime and Portland cement, in: From Fundamentals to
Applications in Geotechnics, IOS Press, 2020, pp. 1820-1827.
Civil and Project Journal, 2026, 7(11), 49-74
https://doi.org/10.22034/cpj.2025.550219.1404
74
Seiphoori, A., Zamanian, M., Improving mechanical behaviour of collapsible soils by grouting
clay nanoparticles, Engineering Geology, 298, (2022), 106538.
Shengang, L., Zhang, C., Zhang, T., Wentao, L., Jia, P., Experimental study on the strength,
collapsibility, and microstructure of cement and micro-silica-stabilized saline soil under freeze-thaw
cycles, Case Studies in Construction Materials, 19, (2023), e02518.
V. Toufigh, R. Baghban Shokatabad, I. Sheikhhosseini Lori, A.M. Namjoo, M.M.J.I.G.J.
Toufigh, Mechanical Behavior’s Enhancement of Sandy Soil by a Natural Pozzolan-Based
Geopolymer and Nanomaterial, 53(2) (2023) 394-408.
Yuan, Z.X. and Wang, L.M. (2020), “Collapsibility and seismic settlement of loess”, Engineering
Geology, 105, PP. 119–123.
  • تاریخ دریافت 08 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 01 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 10 مهر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 10 مهر 1404
  • تاریخ انتشار 01 بهمن 1404