دانلود رایگان ترجمه مقاله فرایند بیولوژیکی بهبود خاک در مهندسی عمران – الزویر 2016

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

فهرست مقاله:

چکیده
1-مقدمه
2-میکروارگانیسم‌های خاک
3- معدنی سازی زیستی
4- عوامل مؤثر بر فرایندهای MICP

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

 چکیده
مفهوم استفاده از فرایندهای بیولوژیک (زیستی) در اصلاح خاک که موسوم به روش اصلاح خاک به واسطه عوامل بیولوژیک و زیستی می‌باشد، پتانسیل عظیمی را در زمینه‌های مهندسی ژئوتکنیک از حیث عملکرد و پایداری زیست محیطی نشان داده است. این مقاله مروری بر میکروارگانیسم‌های خاک که مسئول این فرایند هستند و عوامل تأثیر گذار بر فعالیت‌های متابولیک و سازگاری ژئومتریک با اندازه ذرات خاک خواهد داشت. دو مکانیسم معدنی سازی زیستی یعنی معدنی سازی کنترل شده زیستی و معدنی سازی به واسطه عوامل بیولوژیک، نیز بحث شده‌اند. عوامل محیطی و سایر عوامل محلی در طی رسوب کلسیت میکروبی (MICP) و تاثیرات آن‌ها بر روی فرایند شناسایی و ارائه شده است. اصلاح خواص مهندسی خاک نظیر مقاومت/سفتی و نفوذ پذیری که در برخی از مطالعات ارزیابی شده است نیز در این مطالعه بررسی می‌شود. کاربردهای بالقوه اینفرایند در مهندسی ژئوتکنیک و چالش‌های کاربرد میدانی فرایند، شناسایی شده است.
کلمات کلیدی: اصلاح خاک به واسطه عوامل زیستی، میکروارگانیسم‌ها، فعالیت‌های متابولیک، معدنی سازی زیستی، فعالیت اوره آز
1-مقدمه
مطالعات اخیر در زمینه روش‌های های اصلاح بیولوژیک خاک، عملی بودن این رویکرد را به دلیل عملکرد مؤثر و پایداری زیست محیطی آن اثبات کرده است. برایند ها و نتایج مطلوب این مطالعات پتانسیل این روش را در مهندسی ژئوتکنیک نشان داده‌اند. روش‌های زیستی اصلاح خاک به عنوان یک رویکرد جدید و نو در مهندسی ژئوتکنیک مورد استفاده قرار گرفته است که می‌تواند برای پیشگیری از روانگرایی و زمین لغزه در ماسه شل که منجر به دفورماسیون پی و یا گسیختگی آن می‌شود، استفاده گردد (الواردو 2009). اهمیت بالای استفاده از تیمارهای بیولوژیکی (زیستی) در زمینه‌های بسیاری از جمله بهبود مقاومت برشی و کاهش نفوذ پذیری خاک‌ها (ویفین و همکاران 2007، ایوانوف وپو 2008، هارکس و همکاران 2010، وان پاسن 2011)، بهبود مقاومت و دوام سیمان و بتون، اصلاح ترک‌ها در ساختمان (گیان و همکاران 2010، اکال و همکاران 2013)، اصلاح خواص مهندسی خاک و سیمانی شدن ستون شن (اکال و همکاران 2009 الف، دامال و همکاران 2013) اثبات شده است.
روش اصلاح بیولوژیکی خاک عموماً اشاره به واکنش بیوشمیایی ای دارد که در توده خاک برای تولید رسوب کلسیت جهت اصلاح برخی خواص مهندسی خاک رخ می‌دهد (دیجانگ و همکاران 2010). در عین حال، استفاده از دانش بین رشته‌ای مهندسی عمران، شیمی و میکروبیولوژی برای تغییر خواص مهندسی خاک زیر سطحی، اخیراً ظهور یافته است (ویفین و همکاران 2007، ایوانوفو چو 2008، میشل و سانتمارینا 2005، دی جانک و همکاران 2010). این روش از فرایندهای میکروبی خاک که از دیدگاه فنی موسوم به رسوب کلسیت میکروبی (MICP) است برای رسوب کربنات کلسیم در ماتریس خاک استفاده می‌کند. کلسیم کربنات به عنوان سیمانی جهت اتصال ذرات خاک عمل می‌کند (که موجب سیمانی شدن و کلوخه شدن خاک می‌شود) و موجب بهبود مقاومت وکاهش هدایت هیدرولیکی خاک می‌شود.MICP می‌تواند یک جایگزین عملی برای اصلاح خاک باشد که از هر دو ساختارهای جدید و فعلی پشتیبانی کرده و در بسیاری از زمینه‌های مهندسی عمران نظیر رسوبات شنی روان، تثبیت دامنه و زیر سازی جاده استفاده شده است (دی جانگ و همکاران 2006، چنگ و همکاران 2013).
گفته می‌شود که میکروارگانیسم‌ها بر تشکیل خاک‌های ریزدانه تأثیر گذاشته و موجب تغییر رفتار خاک‌های دانه درشت نظیر مقاومت وهدایت هیدرولیکی می‌شوند. آن‌ها موجب تسهیل واکنش‌های شیمیایی در توده خاک شده و موجب افزایش هوازدگی و تغییر خواص شیمیایی و میکروبی نمونه‌ها پس از نمونه برداری می‌شود. از این روی، اثرات این میکرو ارگانیسم‌ها بر روی خواص مکانیکی خاک‌ها هنوز به طور کامل در زمینه مهندسی ژئوتکنیک کشف نشده است (میشل و سانت مارینا 2005). اگرچه این مسئله به خوبی مشخص شده است که میکرو ارگانیسم‌های بیشتری در خاک زیر سطحی نسبت به سطح زمین وجود دارند و مطالعات به مدت چندین سال، اهمیت فعالیت‌های زیستی در تأثیر گذاری بر رفتار خاک را اثبات کرده‌اند، مطالعات کمی در زمینه کشف اهمیت، سودمندی و کاربرد زیست شناسی در مهندسی ژئو تکنیک صورت گرفته‌اند. در عین حال، انتظار می‌رود که درک شفاف تأثیر میکرو ارگانیسم‌ها و فعالیت زیستی بر روی رفتار خاک می‌تواند منجر به شناسایی و طبقه بندی بهتر خاک و حتی راه حل‌های مهندسی ژئوتکنیک جایگزین شود. این مقاله مروری بر مفهوم معدنی سازی زیستی و کاربردهای آن در اصلاح خواص مهندسی خاک دارد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Abstract

The concept of using biological process in soil improvement which is known as bio-mediated soil improvement technique has shown greater potential in geotechnical engineering applications in terms of performance and environmental sustainability. This paper presents a review on the soil microorganisms responsible for this process, and factors that affect their metabolic activities and geometric compatibility with the soil particle sizes. Two mechanisms of biomineralization, i.e. biologically controlled and biologically induced mineralization, were also discussed. Environmental and other factors that may be encountered in situ during microbially induced calcite precipitation (MICP) and their influences on the process were identified and presented. Improvements in the engineering properties of soil such as strength/stiffness and permeability as evaluated in some studies were explored. Potential applications of the process in geotechnical engineering and the challenges of field application of the process were identified.

1. Introduction

Recent studies on applications of bio-mediated soil improvement method have proved the viability of the approach for effective performance and environmental sustainability. The promising outcomes of these studies have shown greater potential of exploring a wider application of the technique in geotechnical engineering. Bio-mediated method of soil improvement has been considered as an inventive and new approach in geotechnical engineering that can be utilized to prevent liquefaction and landslide in loose sand which usually results in foundation deformation and/ or failure (Alvarado, 2009). The great promise of the use of biological treatments has been demonstrated in many applications, such as improving the shear strength and decreasing the permeability of soils (Whiffin et al., 2007; Ivanov and Chu, 2008; Harkes et al., 2010; van Paassen, 2011), improvement in strength and durability of concrete and mortar, remediation of cracks in buildings (Qian et al., 2010; Achal et al., 2013), improvement in engineering properties of soil, and cementation of sand column (Achal et al., 2009a; Dhami et al., 2013). Bio-mediated method of soil improvement generally refers to the biochemical reaction that takes place within a soil mass to produce calcite precipitate to modify some engineering properties of the soil (DeJong et al., 2010). Meanwhile, utilizing the interdisciplinary knowledge of civil engineering, chemistry and microbiology to alter the soil engineering properties in the subsurface has emerged recently (Whiffin et al., 2007; Ivanov and Chu, 2008; Mitchell and Santamarina, 2005; DeJong et al., 2010). The technique utilizes soil microbial processes, which is technically referred to as microbially induced calcite precipitation (MICP), to precipitate calcium carbonate into the soil matrix. The calcium carbonate produced binds the soil particles together (thereby cementing and clogging the soils), and hence improves the strength and reduces the hydraulic conductivity of the soils. MICP can be a practicable alternative for improving soil-supporting both new and existing structures and has been used in many civil engineering applications such as liquefiable sand deposits, slope stabilization, and subgrade reinforcement (DeJong et al., 2006; Cheng et al., 2013). It was revealed that microorganisms influence the formation of fine-grained soils and change the behavior of coarse-grained soils such as strength and hydraulic conductivity. They also facilitate chemical reactions within a soil mass, promote weathering and change the chemical and mechanical properties of specimens after sampling. Hence, the effects of these microorganisms on mechanical properties of soils are still not fully discovered in geotechnical engineering field (Mitchell and Santamarina, 2005). Though it was understood that there are more microorganisms in the subsurface than on the ground, and studies of many years have proved the relevance of biological activities in influencing soil behavior, less work has been done in exploring the importance, relevance, usefulness and application of biology in geotechnical engineering. Meanwhile, it is expected that a clear understanding of the impact of microorganisms and biological activity on soil behavior can lead to proper soil characterization and/or classification and even alternative geotechnical engineering solutions. This paper reviews the concept of biomineralization and its applications in improving the engineering properties of soils.