تغییر حدود آتربرگ و پارامترهای منحنی رطوبتی آب در خاک لس حاوی نانورس مونت موریلونایت

درویش ایوری, زهرا; ابراهیمی, سهیلا; موحدی نائینی, سید علیرضا; ذاکری نیا, مهدی

doi:10.30495/wsrcj.2021.18541

تغییر حدود آتربرگ و پارامترهای منحنی رطوبتی آب در خاک لس حاوی نانورس مونت موریلونایت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانش آموخته مهندسی کشاورزی، خاکشناسی، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

² استاد یار گروه خاکشناسی، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

³ دانشیار گروه خاکشناسی، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

⁴ دانشیار گروه آبیاری، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

10.30495/wsrcj.2021.18541

چکیده

بهسازی خاک لسی، می‌تواند سبب افزایش استحکام، مقاومت و تغییر یا اصلاح ویژگی‌های مکانیکی آنها گردد. هدف از انجام این پژوهش، بررسی تغییرات پارامترهای منحنی رطوبتی (چگونگی نگهداشت آب در خاک) و برخی شاخص‌های مکانیکی (پایش استحکام و مقاومت مکانیکی) خاک لسی شن لومی حاوی نانو‌رس‌های مونت‌موریلونایت بود. بدین منظور، باتیمارهای 1 و 5 درصد نانورس، میزان نگهداشت آب خاک با دو مدل ون‌گنوختن و بروکس- کوری، تغییرات پارامترهای رطوبتی و حدود آتربرگ در دو زمان ارزیابی شد. نتایج نشان داد که نانورس تأثیری معنی‌دار بر نگهداشت آب در مکش‌های مختلف داشت و مقادیر آنرا، بخصوص در مکش‌های پایین افزایش داد. همچنین سبب افزایش خلل و فرج ریز در نقطه ورود هوا شد که نشان‌دهنده‌ی کاهش سرعت تخلیه آب و افزایش قابلیت نگهداشت آن در خاک سبک بود. در بررسی پارامتریک منحنی رطوبتی خاک- نانورس، با افزایش مقدار نانو رس، رطوبت اشباع Θs افزایش، لیکن، شیب منحنی رطوبتی خاک- نانورس (پارامترn) و فشار ورود هوا افزایش و مقدار α کاهش یافت. تغییر در رطوبت باقیماندهΘr ‌‌قابل‌ملاحظه نبود و روند افزایشی منطقی خاصی نشان نداد. پیش‌بینی پارامترهای معادله منحنی رطوبتی با استفاده از مدل وان‌گنوختن نتایج بهتری از مدل بروکس- کوری نشان داد. در بررسی شاخص‌های مکانیکی، افزایش حدروانی (به میزان بیشتر) وحدخمیری و در نتیجه، افزایش شاخص پلاستیسیته (بهبود خصوصیات خمیری خاک) مشاهده شد. افزایش میزان سطح مخصوص و قدرت نگهداری آب توسط رس‌ها و مقاومت برشی سطح رس می‌تواند دلیل این امر باشد. پایش حدود آتربرگ و پارامترهای منحنی رطوبتی با زمان، نشانگر مانایی آنها بود. ‌‌

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.22517480.1400.11.1.1.9

موضوعات

مباحث نوین در فیزیک خاک

عنوان مقاله [English]

Changing the Atterberg’s limits and water retention characteristics of a loess soil containing Montmorillonite nanoclay

نویسندگان [English]

Zahra Dravish eivari ¹
soheila Ebrahimi ²
seyed alireza movahedi naeini ³
Mahdi Zakeri nia ⁴

¹ MSc Graduated of Soil Science, Department of Soil and Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.

² Assistant Professor of Soil Science, Department of Soil and Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.

³ Associate Professor of Soil Science, Department of Soil and Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.

⁴ Associate Professor of Water Science, Department of Soil and Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.

چکیده [English]

Soil improvement in loess soils, due to susceptibility to erosion, can increase strength, resistance and change or modify their mechanical properties. The purpose of this study was to investigate the changes in soil moisture curve parameters and some mechanical indices of loamy sand soils containing montmorillonite nanoclay. Thus, soil water retention was investigated by applying 1 and 5% of nanoclay and water holding capacity in soil was investigate by VanGenukhten and Brooks-Corey models. Then mechanical properties of soil was investigated by measuring Atterberg limits and how they change. Both experiments were re-evaluated over time. Nanoclay had a significant effect on water retention in various moisture suction systems and increased volumetric moisture content, especially in low suction. It also increased the fine porosity at the air entry value, indicating a decrease in the rate of water drainage from soil and increased its storage capacity in losses soil. Increasing the amount of nanoclay led to increase in Θs, but the change in Θr was not significant. As nanoclay increased, α and n parameters decreased, respectively. Predicting the parameters of the moisture curve equation using VanGenukhten model showed better results. Liquid and plasticity limits of the soil also increased. However, the increase in the amount of liquid limit was higher and the soil plasticity index increased. The increase in the surface area and the ability to maintain water by the clays and their shear strength can be due to this fact. Monitoring of atterberg and moisture curve parameters over time indicated their persistence.

کلیدواژه‌ها [English]

Loesses
Nanoclay
Soil water retention curve
Atterberg limit
Plasticity index

مراجع

Abbasi, N., Farjad, A., and Sepehri, S. 2018. The use of nanoclay particles for stabilization of dispersive clayey soils. Geotechnical and Geological Engineering, 36(1): 327-335.
Arya, A., and Jain, A. 2017. A review of geotechnical characteristics of nano-additives treated soils. Int J Adv Res Sci Eng, 6(1): 838-43.
ASTM Committee D-18 on Soil and Rock. 2010. Standard test methods for liquid limit, plastic limit, and plasticity index of soils. ASTM international.
Bahari, A., Sadeghi Nik, A., Roodbari, M., Taghavi, K. and Mirshafiei, S. E. 2012. Synthesis and Strenghth Study of Cement Mortars Containing SiC Nano Particles. Digest Journal of Nanomaterials & Biostructures (DJNB), 7(4).
Bell, M. A., and Van Keulen, H. 1995. Soil pedotransfer functions for four Mexican soils. Soil Science Society of America Journal, 59(3): 865-871.
Brooks, R.H. and Corey, A.T., 1964. Hydraulic properties of porous media. Hydraulic properties of porous media. Hydrol. Pap. 3. Colorado State Univ., Fort Collins.
Calhoun, F. G., Hammoud, L. C. and Caldwell, R. E., 1973. Influence of particle size and organic matter on water retention in selected Florida soils, Soil Crop Sci. Fla. Proc., 32, p. 111-113.
Danalatos, N. G., Kosmas, C. S., Drissen, P.M and Yassoglou, N. 1994. Estimation of the draining soil moisture characteristics from standard data as recorded in soil survey, Geoderma, 64(1-2): 155-165.
Ebrahimi S. 2004. Cyclic swelling behavior of superabsorbent polymers in soil porous media. Master Thesis, Faculty of Agricultural Engineering. Tarbiat Modares University, p 107.
Ebrahimi, S., Homaee, M., and Vasheghani Farahani, E. 2008. Cyclic Swelling of superabsorbent polymers in soil porous media. J. Agric. Engin. Res. 8(4): 1-18.
Ebrahimi, S., Shayegan, J., Malakouti, M., and Akbari, A. 2011. Environmental Evaluation and Assessment of Some Important Factors of Oil Contamination in Soil around Sarkhoun Gas Refinery of Bandar Abbas. Journal of Environmental Studies, 37 (57), 9-26 (In Persian).
Fallah, M., S. Ebrahimi, and M. Shabanpour. 2013. Hydrocarbon pollution emission in the pilot and pulse condition in saturated porous media of soil. Journal of Water and Soil Conservation. 20(3): 227-240.
Fallah, M., Shabanpor, M., Zakerinia, M, and Ebrahimi, S. 2015. Risk assessment of gas oil and kerosene contamination on some properties of silty clay soil. Environmental monitoring and assessment, 187(7): 1-13.
Fazlali, S., Ebrahimi, S., Zakerinia, M, and Movahedi Naeini, S. A. 2015. Monitoring of the Transfer of Kerosene and Water through the Light Soil Contains Montmorillonite Nanoclay. Journal of Soil and Water Resources Conservation, 5(1): 55-66.
Hareesh, P., and Vinoth Kumar, R. 2016. Assessment of nano-materials on geotechnical properties of Clayey soils. In International Conference on Engineering Innovations and Solutions.
Karumanchi, M., Avula, G., Pangi, R. and Sirigiri, S. 2020. Improvement of consistency limits, specific gravities, and permeability characteristics of soft soil with nanomaterial: Nanoclay. Materials Today: Proceedings, 33: 232-238.
Majeed, Z. H., and Taha, M. R. 2013. A review of stabilization of soils by using nanomaterials. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 7(2): 576-581.
Mohammadi, M., and Niazian, M. 2013. Investigation of nano-clay effect on geotechnical properties of Rasht clay. Int J Adv Sci Tech Res, 3(3): 37-46.
Mualem, Y., 1976. A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water resources research, 12(3):513-522.
Patil, N.G., Pal, D.K., Mandal, C. and Mandal, D.K., 2012. Soil water retention characteristics of vertisols and pedotransfer functions based on nearest neighbor and neural networks approaches to estimate AWC. Journal of irrigation and drainage engineering, 138(2):177-184.
Priyadharshini, R., and Arumairaj, P. D. (2015). Improvement of bearing capacity of soft clay using nanomaterials. Int J Sci Res, 4(6): 218-21.
Tabarsa, A. 2017. Effect of adding nanoclay on the geotechnical behavior of fine-grained soft soils. Journal of Engineering Geology, 11(2): 225-246.
Taha, O. M. E., and Taha, M. R. 2016. Soil-water characteristic curves and hydraulic conductivity of nanomaterial-soil-bentonite mixtures. Arabian Journal of Geosciences, 9(1): 1-14.
Van Genuchten, M. T. 1980. A closed‐ form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil science society of America journal, 44(5): 892-898.
Van Genuchten, M. V., Leij, F. J., and Yates, S. R. 1991. The RETC code for quantifying the hydraulic functions of unsaturated soils.
Wagner, B., Tarnawski, V.R., Wessolek, G. and Plagge, R. 1998. Suitability of models for the estimation of soil hydraulic parameters. Geoderma, 86(3-4): 229-239.
Zhang, G. 2007. Soil nanoparticles and their influence on engineering properties of soils. In Advances in measurement and modeling of soil behavior (pp. 1-13).
Zhou, B., and Chen, X. 2017. Effect of Nano-carbon on water holding capacity in a Sandy soil of the loess plateau. Earth Sciences Research Journal, 21(4): 189-195.