حدود پایداری آتربرگ خاک از ویژگی های مکانیکی مهم خاک می باشند. که در طبقه بندی خاکهای چسبنده برای اهداف مهندسی بکار می روند و همبستگی بالایی با سایر ویژگیهای خاک دارند. این خصوصیات در برآورد سایر شاخص های مهندسی خاک مانند مقاومت برشی، توان بارپذیری، آماس پذیری و سطح ویژه کاربرد دارند. در کشاورزی نیز این ویژگی ها کاربرد دارند، به عنوان مثال در رابطه رطوبت مناسب برای خاک ورزی استفاده می شوند. با توجه به اهمیت حدود پایداری و نظر به وقت گیر بودن و نیاز به تجربه کافی برای اندازه گیری آنها، لازم است که این خصوصیات با استفاده از سایر خصوصیات زودیافت خاک با دقتی قابل قبول برآورد شدند. هدف از این پژوهش بررسی امکان استفاده از خصوصیات زودیافت خاک برای برآورد حدود پایداری خاک (حد روانی، حد خمیرایی و شاخص خمیرایی) و در نهایت ارایه مدلی برای آنها بوده است. برای انجام این کار از خاک های منطقه کرج تعداد 37 نمونه خاک با بافت متوسط به روش نمونه برداری کاملا تصادفی و مرکب از عمق 20-0 سانتی متری برداشت شد. تعداد 30 نمونه برای ایجاد توابع و 7 نمونه برای ارزیابی اعتبار توابع مورد استفاده قرار گرفت. فراوانی نسبی ذرات خاک به روش هیدرومتری، ظرفیت تبادل کاتیونی به روش استات آمونیوم، چگالی ظاهری به روش کلوخه، درصد کربن آلی به روش والکلی و بلک، حد روانی نمونه ها با استفاده از دستگاه کاساگراند و حد خمیری خاک با روش تهیه فتیله اندازه گیری شدند. پس از بررسی همبستگی بین متغیرهای مستقل (ویژگیهای زودیافت خاک)، با استفاده از نرم افزار Minitab11 با روش رگرسیون گام به گام، مناسبترین ترکیب از متغیرهای مستقل برای برآورد حد روانی، حد خمیرایی و شاخص خمیرایی انتخاب و معادلات رگرسیونی چند متغیره ارایه شد. نتایج نشان داد از بین متغیرهای مستقل، حد روانی همبستگی معنی داری با متغیرهای ظرفیت تبادل کاتیونی، چگالی ظاهری و رطوبت اشباع خاک (R2adj=0.77)، حد خمیرایی همبستگی معنی داری با متغیرهای ظرفیت تبادل کاتیونی، چگالی ظاهری، درصد رس و رطوبت اشباع خاک (R2adj =0.72) و شاخص خمیرایی همبستگی معنی داری با متغیرهای چگالی ظاهری، درصد رس و کربن آلی خاک (R2adj=0.625) داشتند و بین مقادیر اندازه گیری شده و برآورد شده همبستگی معنی داری وجود داشت. این همبستگی برای توابع برآورد کننده حد روانی، حد خمیری و شاخص خمیرایی در سطح 0.01 درصد معنی دار بودند. تجزیه های آماری برای ارزیابی توابع انتقالی نشان داد که مقادیر میانگین هندسی نسبت خطا (GMER) برای توابع برآورد کننده حدروانی، حد خمیرایی و شاخص خمیرایی به ترتیب 0.99، 0.99 و 1.06 و مقادیر انحراف معیار هندسی نسبت خطا (GSDER) نیز به ترتیب 1.03، 1.04 و 1.32 بوده است که نشان دهنده اعتبار بالای توابع ارایه شده برای حد روانی و حد خمیرایی می باشد.

افزودنی های متداول در تثبیت خاک های مسئله دار، سیمان، آهک و غیره می باشند که عمدتاً پرهزینه و دارای مضررات زیست محیطی هستند. از جمله راهکارهای جدید جایگزین کردن آنها با افزودنی های جدید مانند پلیمرها می باشد. در این تحقیق، اثر رزین پلیمری پلی استر بر ویژگی های فیزیکی و مکانیکی خاک ریزدانه بنتونیت با خمیری بالا با انجام آزمایش های حدود اتربرگ و  تک محوری فشاری بررسی شد. نتایج نشان می دهند که افزودن مقادیر مختلف رزین پلیمری پلی استر موجب کاهش حد روانی، افزایش حد خمیری و به تبع آن کاهش دامنه خمیری خاک بنتونیت می گردد. همچنین این افزودنی مقاومت تک محوری خاک را چند برابر بهبود بخشیده و سبب کاهش تغییرشکل پذیری آن شده است. زیاد شدن مدت زمان عمل آوری سبب بهبود هرچه بیشتر این ویژگی ها نیز می شود. تحلیل تصاویر میکروسکوپ الکترونی، آنالیز XRD  و طیف سنجی FT-IR حاکی از آن است که این ماده در بین لایه های ساختار خاک نفوذ کرده و با ایجاد برهم کنش مؤثر باعث نزدیک شدن و چسبیدن لایه ها به یکدیگر شده و با جذب آب کمتر موجب بهبود ویژگی های خمیری و مقاومتی خاک شده است.

در ایجاد توابعانتقالیخاک، یافتن متغیرهای جدید یک چالش اساسی برای بهبود تخمین خصوصیات هیدرولیکیخاک است. دراینتحقیقاز رفتار خاک تحت تراکم به عنوان متغیرهای جدید به همراه برخی خصوصیات پایه ای خاکدر برآوردهدایتهیدرولیکیاشباع 120 نمونه خاکاز 5 استان مازندران، آذربایجان غربی و شرقی، کرمانشاه و همداناستفادهشد. هدایت هیدرولیکی اشباع توسطحدود آتربرگ (حدروانی، حد خمیری و حد انقباض) و پارامترهای منحنی فشردگی محصور به همراه خصوصیات پایه خاک (نسبت سیلت به شن، درصد رس و جرم مخصوص ظاهری) به عنوان تخمین گر در 3 مرحله تخمین زده شد. در مرحله اول فقط از خصوصیات پایه خاک به عنوان تخمین گر استفاده شد. توابع انتقالی ایجاد شده باروش رگرسیون نشان دادند کهدر مرحله 2 ورود پارامترهای منحنی فشردگی محصور به همراه خصوصیات پایه خاک در توابع ایجاد شده و در مرحله 3 ورود تنها حدود آتربرگ به همراه همان خصوصیات پایه به عنوان برآوردگر موجب بهبود نسبی در برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع شدند. مقدار مجذور میانگین مربعات خطا(RMSE) در قسمت آموزش برای مرحله 1، 2 و 3 به ترتیب 624/0، 620/0 و 584/0 و برای آزمون به ترتیب 887/0، 821/0 و 829/0 به دست آمد. مقدار بهبود نسبی بر اساس معیار RMSE در مراحل دو و سه برای آموزش به ترتیب 64/0% و 35/6 درصد و برای آزمون 45/7% و 53/6 درصد به دست آمد. بر اساس ضریب تبیین تعدیل شده (R2adj) ورود متغیرهای منحنی فشردگی محصور و یا حدود آتربرگ در جوار خصوصیات پایه خیلی در بهبود تخمین مؤثر واقع نشدند. نتایج نشان داد که صحت مدل در مرحله سه (بر اساس مقدارRMSE و معیار اطلاعات آکایک) و قابلیت اعتماد مدل در مراحل دو و سه (بر اساس مقدارRMSE و معیار اطلاعات آکایک) نسبت به مرحله اول بهبود یافت.

یکی از مشخصات مهم و اساسی خاک های ریزدانه، خاصیت خمیرایی یا حدود آتربرگ آنهاست که به صورت مستقیم در طبقه بندی و پیش بینی ویژگی های مکانیکی و رفتار خاک کاربرد دارند. هدف از این پژوهش، بررسی تأثیر تیمارهای مختلف خشک کردن نمونه ی خاک در حدود آتربرگ و نیز نوع دستگاه اندازه گیری در تعیین حد روانی و اثرهای این عوامل در کلاسه بندی یونیفاید متناظر خاک است. همچنین در این تحقیق، نتایج روش حد روانی تک نقطه ای کازاگرانده با روش چندنقطه ای معمول مقایسه شد. به این منظور، نمونه های خاک از سه تیپ مختلف پوشش گیاهی جنگل آموزشی و پژوهشی دانشگاه تهران و از هر تیپ، از پنج عمق متفاوت تهیه شد و به آزمایشگاه انتقال یافت. نتایج نشان داد که تیمار خشک کردن موجب تفاوت در کلاسه بندی خاک در 33 درصد نمونه ها شد. استفاده از روش آون خشک نسبت به هواخشک به طور متوسط سبب کم برآوردی 5/14، 7/13 و 10 درصدی به ترتیب حد روانی، حد خمیری و شاخص خمیری شد. نتایج مقایسه ی دو دستگاه کازاگرانده و مخروط نفوذ برای تعیین حد روانی خاک، نشان داد که با وجود نزدیک بودن نتایج دو روش در یک نمونه از 15 نمونه خاک موجب کلاسه بندی متفاوت خاک شد. در نهایت، استفاده از روش تک نقطه ای در تعیین حد روانی، اختلافی با روش چندنقطه ای نشان نداد و اختلاف حد روانی دو روش به طور متوسط 26/0 درصد بود که به تغییر شاخص ها در مرزهای نمودار خمیرایی کازاگرانده منجر نشد؛ بنابراین روش تک نقطه ای در موارد وجود تجربه ی کافی و تعداد نمونه ی زیاد، به عنوان جایگزین مطمئن روش معمول چندنقطه ای قابل توصیه است. نتایج این مطالعه نشان داد که حتی ساده ترین موارد در روند انجام آزمایش های خمیرایی خاک مانند روش خشک کردن نمونه ها نیز می تواند صحت نتایج را تحت تأثیر قرار دهد.

به طور کلی در کشورهای در حال توسعه مثل ایران، به دلیل نیاز به صرف زمان و هزینه های زیاد تحقیقات و روش های آزمایشگاهی متعارف، مطالعات مکانیک خاک به صورت محدود انجام می گیرد یا اصلاً انجام نمی گیرد؛ کمبود اطلاعات در این زمینه ممکن است در نهایت سبب آسیب دیدگی سازه شود. امروزه روش های نوین مانند طیف سنجی زمینی در حال توسعه اند که می توانند این مشکل را تا حد زیادی برطرف کنند. طیف سنجی زمینی روشی غیرمخرب، سریع و ارزان است، ولی تا کنون تحقیقی در زمینه ی استفاده از این روش در برآورد ویژگی های مکانیک خاک در ایران انجام نگرفته است. در این پژوهش حدود آتربرگ خاک (حد روانی، حد خمیری، حد انقباض و شاخص خمیری) با استفاده از طیف سنج زمینی برآورد شد. به این منظور 45 نمونه خاک از سری نم خانه ی جنگل خیرود جمع آوری شد و آزمایش های حدود آتربرگ انجام گرفت و سپس با استفاده از طیف سنج زمینی VNIR اندازه گیری طیفی نیز صورت پذیرفت و از روش PLSR (Partial Least Square Regression) برای پیش بینی حدود آتربرگ خاک در دو حالت طیف خام و مشتق اول طیف استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل سازی PLSR برای پارامترهای حد روانی و شاخص خمیری در حالت طیف خام و مشتق اول کاملاً مناسب است و برای حد خمیری قابل قبول و برای حد انقباض غیر قابل قبول و ضعیف است؛ بنابراین از طیف سنجی می توان به عنوان روشی سریع، ارزان و با دقت قابل قبول برای پیش بینی حدود آتربرگ خاک استفاده کرد.

اصلاح و بهسازی خاکهای ضعیف به عنوان امری اجتناب ناپذیر نقش مهمی در پروژههای عمرانی دارد. در پژوهش حاضر تاثیر افزودن متاکائولن بر حدود اتربرگ و مقاومت فشاری تکمحوری خاک رس ماسه دار بررسی شده است. به این منظور، آزمایشهای مقاومت تراکم تک محوری روی نمونههای خاک رسماسه دارتثبیت نشده و تثبیت شده با 5، 10، 15، 20 و 25 درصد متاکائولن در زمان های عمل آوری آنی، 7، 14و 28 روز و هچنین آزمایش حدود اتربرگ در درصدهای 5، 15 و 25 در زمان عملآوری آنی انجام شده است. نتایج نشان می دهد افزایش درصد متاکائولن موجب افزایش حدود روانی و خمیری خاک رس ماسهدار میشود. بطوری که میزان افزایش حدخمیری خاک کمتر از حدروانی بوده و در نتیجه نشانه خمیری خاک افزایش یافته است. نمونه های تثبیت شده با 25 درصد متاکائولن با افزایش33/1 و 4/1 برابری به ترتیب برای حدود روانی و خمیری بیشترین تغییر را در حدود اتربرگ خاک رس ماسه دار باعث شده اند. بررسی خاک تثبیت شده در نمودار خمیری خاک نشان می دهد که موقعیت خاک در این نمودار در اثر افزایش میزان متاکائولن تغییر ناچیزی کرده و خاک در همان ساختار اولیه باقی خواهد ماند. همچنین با افزایش درصد متاکائولن و زمان عمل آوری مقاومت فشاری تک محوری رس ماسه دار افزایش می یابد. بیشترین میزان افزایش مقاومت به ازای 25 درصد متاکائولن و در زمان 28 روز اتفاق افتاده است. همچنین بررسی سطوح گسیختگی و نحوه شکست نمونههای آزمایش شده نشان میدهد که با افزایش متاکائولن شکست نمونهها پس از رسیدن به مقاومت نهایی سریع تر صورت می گیرد.

بهسازی خاک لسی، می تواند سبب افزایش استحکام، مقاومت و تغییر یا اصلاح ویژگی های مکانیکی آنها گردد. هدف از انجام این پژوهش، بررسی تغییرات پارامترهای منحنی رطوبتی (چگونگی نگهداشت آب در خاک) و برخی شاخص های مکانیکی (پایش استحکام و مقاومت مکانیکی) خاک لسی شن لومی حاوی نانو رس های مونت موریلونایت بود. بدین منظور، باتیمارهای 1 و 5 درصد نانورس، میزان نگهداشت آب خاک با دو مدل ون گنوختن و بروکس-کوری، تغییرات پارامترهای رطوبتی و حدود آتربرگ در دو زمان ارزیابی شد. نتایج نشان داد که نانورس تأثیری معنی دار بر نگهداشت آب در مکش های مختلف داشت و مقادیر آنرا، بخصوص در مکش های پایین افزایش داد. همچنین سبب افزایش خلل و فرج ریز در نقطه ورود هوا شد که نشان دهنده ی 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 Θ s افزایش، لیکن، شیب منحنی رطوبتی خاک-نانورس (پارامترn) و فشار ورود هوا افزایش و مقدار α کاهش یافت. تغییر در رطوبت باقیماندهΘ r قابل ملاحظه نبود و روند افزایشی منطقی خاصی نشان نداد. پیش بینی پارامترهای معادله منحنی رطوبتی با استفاده از مدل وان گنوختن نتایج بهتری از مدل بروکس-کوری نشان داد. در بررسی شاخص های 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 رس ها و مقاومت برشی سطح رس می تواند دلیل این امر باشد. پایش حدود آتربرگ و پارامترهای منحنی رطوبتی با زمان، نشانگر مانایی آنها بود.

خاک های ریزدانه معمولا دارای مقاومت و ظرفیت باربری کم و مشکلات تورمی هستند. یکی از راه های مقابله با مشکلات این نوع خاک ها، تثبیت خاک ریزدانه است. تثبیت خاک شامل فعالیت هایی است که درنتیجه آن ها مشخصات مهندسی خاک بهبودیافته و به ویژگی های موردنظر نزدیک می شود. این اقدامات باعث افزایش مقاومت، کاهش تورم، کاهش نفوذپذیری، افزایش کارایی و اثرات بسیار سودمند دیگر می شود. در این خصوص سیمان یکی از تثبیت کننده های مهم خاک رس می باشد. هدف این تحقیق، پژوهش در مورد روند اثر ماده پوزلانی میکروسیلیس بر مقاومت تک محوری و حدود اتربرگ و نفوذپذیری خاک تثبیت شده با سیمان می باشد. برای رسیدن به این هدف 38 نمونه با 10 طرح اختلاط مختلف ساخته شده و بر روی آنها آزمایشات آزمایشگاهی ازجمله تعیین مقاومت تک محوری، حدود اتربرگ و نفوذپذیری انجام شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که افزودن میکروسیلیس به خاک رس تثبیت شده با سیمان مقاومت تک محوری 7 و 28 روزه خاک را به صورت خطی افزایش می دهد. در مورد جایگزینی سیمان با میکروسیلیس نتایج نشان می دهد که مقاومت با بیشتر شدن مقدار میکروسیلیس و کاهش سیمان، کاهش می یابد به جز در طرح اختلاط مربوط به 3% سیمان با 2% میکروسیلیس که در آن مقاومت افزایش می یابد. همچنین، افزودن میکروسیلیس باعث افزایش خطی نشانه خمیری و کاهش نفوذپذیری به صورت خطی می گردد.

فرسایش سیلان گل یک معضل فراگیر همراه با پیامد های ناگوار برای اکوسیستم های طبیعی در بیشتر نقاط دنیا محسوب می شود که از عوامل اصلی ایجاد آن، وقوع بارش های سنگین، ذوب برف و یخ و طغیان آب رودخانه ها است. در این پژوهش اهمیت موقعیت شیب و نوع کاربری بر وقوع فرسایش سیلان گل در شیب تپه هایی با سه کاربری گوناگون بررسی شد. برای این منظور، سه شیب تپه با شرایط مشابه در کاربری ها انتخاب و سه نیمرخ به ترتیب در بالای شیب تپه (بیش ترین احتمال وقوع فرسایش سیلان گل)، میانه شیب تپه (احتمال وقوع فرسایش سیلان گل متوسط) و انتهای شیب تپه (کم ترین احتمال وقوع فرسایش سیلان گل) حفر شد. نمونه برداری از دو لایه ی سطحی و زیر سطحی در هر نیمرخ انجام گردید و برخی ویژگی های فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی خاک تعیین شد. نتایج نشان داد که در کاربری جنگل، بیشترین حد روانی در میانه ی شیب می باشد که در دو لایه مورد مطالعه به ترتیب 64/28 و 90/25 درصد بود ولی در کاربری مرتع، بیشترین میزان این حدود به ترتیب 07/37 و 94/33 درصد و مربوط به بالای شیب بود. نوع کاربری با پارامتر های ماده ی آلی، آهک، رس، رطوبت اشباع، حد روانی، حد خمیری و شاخص خمیری در سطح 99 درصد و با پارامتر های درصد شن، شاخص فعالیت خاک، ظرفیت تبادل کاتیونی و نسبت مقدار (درصد) ماده آلی به مقدار (درصد) رس در سطح 95 درصد ارتباط معنی دار و با پارامتر های سیلت و نسبت مقدار ظرفیت تبادل کاتیونی به مقدار (درصد) رس فاقد ارتباط معنی دار بود. همچنین کاربری مرتع تخریب شده با میانگین 6/16 درصد رس و 37/47 درصد سیلت، بیشترین میزان رس و سیلت و کمترین شاخص فعالیت خاک (36/0) را دارا بود. نتایج این پژوهش نشان داد که هم اکنون، کاربری های تخریب شده به دلیل بالا بودن مواد ریز دانه و درصد رطوبت اشباع و همچنین فقیر بودن پوشش سطح خاک، مساعدترین شرایط را برای وقوع فرسایش سیلان گل دارند.

یکی از مهمترین آلاینده ها ی آلی، هیدروکربن های نفتی هستند که غالباً از طریق صنایع نفت وارد محیط زیست پیرامونی می شوند. در این پژوهش تأثیرات زئوپلانت و زغال زیستی باگاس به عنوان اصلاح کننده های آلی-معدنی و آلی بر برخی از ویژگی های فیزیکی و مکانیکی خاک های آلوده، در محدوده ی میدان نفتی اهواز-منطقه ی بهره برداری نفت و گاز کارون ارزیابی شد. پس از بازدید های میدانی و نمونه-برداری به روش سیستماتیک کاملاً تصادفی درون بلوک، نمونه های خاک مناطق آلوده به هیدروکربن های نفتی، به گلدان منتقل و سپس تیمارهای آزمایشی در سطوح 2، 4 و 6 درصد وزنی به خاک افزوده شدند. نمونه خاک های آلوده، برای مدت زمان 100 روز انکوباسیون شدند و در طول دوره ی انکوباسیون رطوبت خاک در سطح 25 و 50 درصد ظرفیت زراعی (FC) تنظیم گردید. پس از اتمام دوره ی انکوباسیون پارامتر های پایداری خاکدانه، شاخص تردی خاکدانه، حدود آتربرگ و کلاس آبگریزی خاک اندازه گیری شد. نتایج نشان داد در اثر افزودن زئوپلانت با سطح 6 درصد و رطوبت 50 درصد FC، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (MWD) از 3/1 میلی متر در تیمار شاهد به حدود 6/0 میلی متر کاهش یافته است. برای هر دو تیمار، با افزایش سطح تیمار، شاخص تردی افزایش یافت که این افزایش در سطح رطوبتی 50 درصد FC بیشتر بوده است؛ ولیکن در سطح 6 درصد، کاهش در شاخص تردی خاکدانه مشاهده شده است. افزودن زغال-زیستی در سطوح 2 و 4 درصد، MWD را کاهش داده است؛ درحالی که افزودن 6 درصد زغال زیستی منجر به افزایش MWD، به عنوان شاخص پایداری خاکدانه ای شده است. نتایج نشان داد که افزودن تیمارهای زئوپلانت و زغال زیستی باگاس سبب افزایش رطوبت حدروانی و حدخمیری خاک و در نتیجه کاهش شاخص خمیرایی (Plastic index, PI) شده اند. در مجموع، تیمارهای آلی-معدنی بر روی ویژگی های فیزیکی و مکانیکی خاک تأثیرگذار بوده است. بدین ترتیب نیاز است مقدار و چگونگی افزودن تیمارها به خاک لحاظ شده و به عنوان راهکاری مدیریتی در هرم تصمیم گیری دیده شود.