Новости

Apr 04, 2023

Снижение долговечности и прочности почвы, обработанной биополимером на основе ксантановой камеди, подвергающейся суровым циклам выветривания.

Научные отчеты, том 12,

Том 12 научных докладов, номер статьи: 19453 (2022 г.) Цитировать эту статью

1419 Доступов

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Обработка почвы на основе биополимеров показала эффективность в улучшении почвы и была успешно реализована в полевых условиях. В этом исследовании мы изучили влияние циклического увлажнения-высыхания (W-D) и замораживания-оттаивания (F-T) на прочность и долговечность грунтов, обработанных биополимерами. Результаты показывают, что циклические W–D и F–T постепенно снижают прочность почвы из-за адсорбции воды и локального разбавления биополимера. Плохо сортированный песок был очень уязвим к этим воздействиям выветривания; однако эта проблема была решена, когда в почве содержалось 15–25% мелких частиц. Эти обработанные биополимером почвы эффективно выдерживали многочисленные циклы как W-D, так и F-T, что указывает на то, что почвы, обработанные биополимером, подходят для укрепления земляных откосов.

Недавно инженеры-геотехники попытались разработать методы биологической обработки почвы и улучшения грунта, чтобы уменьшить экологические проблемы, связанные с цементом с высоким уровнем выбросов CO2 в инженерно-геологических практиках1. Среди устойчивых подходов к обработке почвы и улучшению почвы обработка почвы на основе биополимеров (BPST) продемонстрировала значительное улучшение геотехнических свойств почвы (например, прочность, контроль проницаемости и снижение эрозии) почвы и успешное внедрение в полевых масштабах2,3, 4,5,6. Кроме того, BPST способствует прорастанию семян, росту и устойчивости растительности к засухе благодаря высокой способности удерживать воду и органическому происхождению биополимеров7,8.

Улучшенные инженерно-геологические свойства позволяют BPST быть экологически чистым методом улучшения грунта для предотвращения эрозии/размыва почвы и защиты поверхности склонов9,10. Однако предположительно связанные с климатом процессы выветривания, такие как циклическое увлажнение-высыхание (W-D) и замерзание-оттаивание (F-T), снижают прочность грунтов, армированных BPST11. Кроме того, эти повторяющиеся условия выветривания часто могут ускорять эрозию частиц и отслоение поверхностного слоя, что приводит к нестабильной растительной среде. В частности, обильные осадки летом (с июня по август) и отрицательные температуры поверхностной почвы зимой (с января по февраль) (рис. 1) делают материалы, армирующие поверхность склона, неизбежно более уязвимыми к деградации в Южной Корее12. Чтобы гарантировать надежность применения BPST в полевых условиях, необходимо оценить устойчивость BPST к изменяющимся атмосферным погодным условиям.

Средние температуры воздуха и поверхности, а также частота осадков в Южной Корее (Сеул) с 1981 по 2010 гг. Данные Корейской метеорологической администрации (https://www.weather.go.kr).

Стандартные методы испытаний ASTM D559 и D560 определяют методы оценки долговечности почвенно-цементных смесей, подвергающихся процессам выветривания, при этом оба стандарта предлагают контролировать потерю массы инженерных образцов грунта после воздействия 12 циклов воздействия W–D или F–. Т13,14. Однако очистка образцов уязвима из-за разнообразия экспериментальных данных, полученных разными операторами15. В ответ на это долговечность инженерных грунтовых смесей оценивалась путем измерения неограниченной прочности на сжатие (qu), чтобы повысить точность за счет уменьшения ошибок экспериментаторов16,17,18,19,20,21.

Хотя некоторые исследования оценивали долговечность почв, обработанных биополимерами, путем измерения qu после воздействия циклических условий выветривания, предыдущие исследования в основном были сосредоточены на выветривании W-D21,22,23,24,25. Однако поверхностные почвы обычно подвергаются повторяющемуся замерзанию и оттаиванию, что серьезно влияет на стабильность и эрозию почвы вдоль склонов в зимние сезоны в регионах средних широт северного полушария26,27. В частности, сообщалось, что эрозия представляет собой серьезный риск в период оттаивания, когда поверхностный сток может отрывать частицы от разрыхленной поверхности земли28. Таким образом, для BPST необходимо оценить анализ долговечности F-T. Более того, хотя состав почвы в BPST повышает прочность и работоспособность, эти реакции еще недостаточно исследованы.