Molecular level modeling of natural and compacted expansive clays

Abstract

ﺗﻌﺗﺑر اﻟﺗرﺑﺔ اﻟطﯾﻧﯾﺔ اﻟﻘﺎﺑﻠﺔ ﻟﻼﻧﺗﻔﺎخ واﻟﺳﺎﺋدة ﻋﻠﻰ ﻧطﺎق واﺳﻊ ﻛﺄﺣد اﻟﻣواﺿﯾﻊ اﻻﻛﺛر ﺗﺣدﯾﺎ ﻓﻲ اﻟﺟﯾوﺗﻘﻧﯾﺔ، اﻟﺟﯾوﺑﯾﺋﯾﺔ ، ھﻧدﺳﺔ اﻟﺑﺗرول، واﻟزراﻋﺔ، واﻟﻣﺟﺎﻻت اﻟدواﺋﯾﺔ. ھذه اﻟطﯾن او اﻟﺗرﺑﺔ ﺗﺗﻌرض ﻟﺗﻐﯾر ﻓﻲ اﻟﺣﺟم ﻧﺗﯾﺟﺔ ﺗﻐﯾﯾر ﻓﻲ اﻟرطوﺑﺔ، ﻣﻣﺎ ﯾؤدي اﻟﻰ ﻣﺷﺎﻛل اﺳﺗﻘرار اﻟﮭﯾﺎﻛل اﻟﺗﻲ ﺗﺄﺳﺳت ﻋﻠﻰ ﻣﺛل ھذه اﻟطﺑﻘﺎت. ھذا اﻟطﯾن اﻟﻘﺎﺑل ﻟﻼﻧﺗﻔﺎخ ﯾﺗوﺟد ﺑﺷﻛل ﻛﺑﯾر ﻓﻲ اﻟﻣﻣﻠﻛﺔ اﻟﻌرﺑﯾﺔ اﻟﺳﻌودﯾﺔ وﯾﺗرﻛز ﻣﻌظﻣﮭﺎ ﻓﻲ اﻟﻣدن اﻟﺳﻛﻧﯾﺔ. وﺗﺗﻌﺗﺑر اﻟﺣﻠول واﻟﺻﯾﻎ اﻟﺗﺟرﯾﺑﯾﺔ واﻻﺧﺗﺑﺎرﯾﺔ اﻟﻘﺎﺋﻣﺔ واﻟﻣﺳﺗﺧدﻣﺔ ﻟﻠﺗﻧﺑؤ ﺑﺎﺣﺗﻣﺎﻟﯾﺔ اﻻﻧﺗﻔﺎخ ﻟﮭذا اﻟﻧوع ﻣن اﻟطﯾن او اﻟﺗرﺑﺔ ﻏﯾر ﻗﺎدرة ﻋﻠﻰ ﺗوﻓﯾر اﻟﻔﮭم اﻟﺷﺎﻣل ﻟﻠﺗﻐﯾرات اﻟﻣﺣﺗﻣﻠﺔ ﻓﻲ ﻧﺳﯾﺞ وھﯾﻛل اﻟﺗرﺑﺔ اﻟطﺑﯾﻌﻲ واﻟﻣدﻣوك. ﺗﻠﻌب ﻋﻣﻠﯾﺎت اﻟﻧﺎﻧو أو اﻟﺟزﯾﺋﺎت دورا ﻣﺣورﯾﺎ ﻓﻲ ﺗﻐﯾﯾر اﻟﺳﻠوك اﻟﺣﺟﻣﻲ ﻟﻠطﯾن اﻟﻣﻧﺗﻔﺦ، واﻟذي ﯾﻛون ﻓﻘط ﻓﻲ اﻟﺳﻠوك اﻟﺣﺎﻟﻲ ﻟﻠﻧﻣوذج و ﯾﻔﺗﻘر إﻟﻰ دﻣﺞ اﻟﻧﺳﯾﺞ اﻟطﺑﯾﻌﻲ ﻟﻠطﯾن ﻣﻊ اﻟﻣﻌﺎدن اﻟطﯾﻧﯾﺔ اﻟﻣﺗﻌددة، واﻟطﻣﻲ و ﺷواﺋب اﻟرﻣل، اﻟﺻدوع ﺻﻐﯾرة، واﻻﺳﻣﻧﺗﯾﺔ، وﻋﺎﻟﯾﺔ اﻟﺗﺻﻠب، واﻟﻣﯾزات اﻷﺧرى. ﯾﺗﻛون ھذا اﻟﺑﺣث ﻣن أرﺑﻌﺔ ﻣﺳﺗوﯾﺎت رﺋﯾﺳﯾﺔ ﻟﻠﺗﻐﻠب ﻋﻠﻰ ھذه اﻟﺗﺣدﯾﺎت؛ )أ( اﺧﺗﺑﺎر اﻟﻣﺳﺗوى اﻟﻛﻠﻲ، )ب( اﻟﺗﺻوﯾر واﻟﺗﺣﻠﯾل ﻋﻠﻲ اﻟﻣﺳﺗوى اﻟﺟزﺋﻲ، )ج( اﻟﻣﺣﺎﻛﺎة اﻟﺟزﯾﺋﯾﺔ، و )د( اﻟﻧﻣوذج اﻻﺳﺎﺳﻲ. ان ﻟﻠﺳﻠوك اﻻﻧﺗﻔﺎﺧﻲ ﺗم ﻋﻣﻠﺔ ﺑﺎﺳﺗﺧدام ﻣﻔﺎھﯾم اﻟﻣﯾﻛﺎﻧﯾﻛﺎ اﻟﺟزﯾﺋﯾﺔ ) (، واﻟدﯾﻧﺎﻣﯾك MM اﻟﻧﻣذﺟﺔ اﻟﺟزﯾﺋﯾﺔ CECs (. وﺟﻣﻌت ﻧﺗﺎﺋﺞ اﻟﻣﺣﺎﻛﺎة اﻟﺟزﯾﺋﯾﺔ اﻟﻣﺗﻌﻠﻘﺔ ب MC(، و ﺗﻘﻧﯾﺔ ﻣﺣﺎﻛﺎة ﻣوﻧت ﻛﺎرﻟو )MDاﻟﺟزﯾﺋﯾﺔ ) اﻟﻣﺧﺗﻠﻔﺔ، اﻟرطوﺑﺔ ،اﻟﻛﺛﺎﻓﺔ ،اﻟﻛﺎﺗﯾوﻧﺎت اﻟﻘﺎﺑﻠﺔ ﻟﻼﺳﺗﺑدال، ﺗﺎﺛﯾر اﻟﻣواد اﻻﺳﻣﻧﺗﯾﺔ ﻟﺗﺷﻛﯾل ﻧﻣوذج اﻟﻧﺎﻧو وذﻟك ﻟﺗﺣدﯾد إﻣﻛﺎﻧﯾﺔ اﻧﺗﻔﺎخ اﻟﺗرﺑﺔ اﻟطﯾﻧﺔ اﻟﻘﺎﺑﻠﺔ ﻟﻼﻧﺗﻔﺎخ. ﺗم اﻟﻌﺛور ﻋﻠﻰ ان اﺳﺗﺧدام ﻧﻣوذج اﻟﻧﺎﻧو ﻟﻠﺗﻧﺑؤ ﻋﻠﻰ إﻣﻛﺎﻧﯾﺔ اﻻﻧﺗﻔﺎخ، واﻟﻛﺛﺎﻓﺔ اﻟﺟﺎﻓﺔ اﻟﻧﮭﺎﺋﯾﺔ، وﻣ ﻠﯾﮭﺎ ﻟﻠﻌﯾﻧﺎت اﻟﺗﻲ ﺗم اﺧﺗﺑرھﺎ ﻓﻲ ﺣﺗوﯾﺎت اﻟرطوﺑﺔ اﻟﻧﮭﺎﺋﯾﺔ ﻗرﯾﺑﺔ ﺟدا ﻟﻠﻧﺗﺎﺋﺞ اﻟﺣﺎﺻل ﻋ اﻟﻣﻌﻣل. وﻟذﻟك، ﻓﺈن اﻟﺳطوح واﻟﻣﻌﺎدﻻت اﻟﺗﺄﺳﯾﺳﯾﺔ اﻟﻣﺳﺗﻧﺗﺟﺔ ﯾﻣﻛن اﺳﺗﺧداﻣﮭﺎ ﺑﺷﻛل ﺷﺎﻣل ﻟﻠﺗرب اﻻﻧﺗﻔﺎﺧﯾﺔ ﻣﻊ xxiv

، وﻣﺣﺗوى اﻟﻣﺎء، واﻟﻛﺛﺎﻓﺔ، وﻣﺟﻣوع CEC ﻛل ﻣن اﻟطﯾن وﻏﯾر اﻟطﯾن اﻟﻣﻌدﻧﻲ و اﺣﺗﻣﺎﻟﯾﺔ اﻟﻣزﯾﺞ اﻟﻣﻣﻛن ﻣن اﻟﻛﺎﺗﯾوﻧﺎت، واﻟﻛﺎﺗﯾوﻧﺎت اﻟﻘﺎﺑﻠﺔ ﻟﻼﺳﺗﺑدال. ھذا اﻟﻧﻣوذج ﯾﻣﻛن ﺗطﺑﯾﻘﮫ ﻟﺳﻠوك اﻟطﯾن او اﻟﺗرﺑﺔ ﻓﻲ اﻟﻣﺟﺎﻻت اﻻﺧرى ﺑﻣﺎ ﻓﻲ ذﻟك اﻟﺟﯾوﺑﯾﺋﯾﺔ ، واﻟﻣﺳﺗﺣﺿرات اﻟدواﺋﯾﺔ، واﻟزراﻋﺔ، واﻟﺟﯾوﻟوﺟﯾﺎ، وھﻧدﺳﺔ اﻟﺑﺗرول.