رسهاي واگرا جزء خاكهاي مسئله داري هستند كه در مجاورت آب چسبندگي خود را از دست داده و با پراكنده شدن ذرات به اطراف، دچار آبشستگيهاي شديد شده كه باعث مشكلات فرواني براي سازههاي مهندسي واقع بر روي و يا اطراف آنها خواهند شد. بنابراين تاكنون روشهاي متنوعي مانند تثبيت شيميايي، بهبود فيزيكي و بهسازي حرارتي براي كنترل تهديدات ناشي از كاربرد رسهاي واگرا، ارائه شده است. بنحويكه تثبيت شيميايي با استفاده از مواد افزودني متداولي مانند آهك و سيمان جزء راهكارهاي رايج براي اصلاح واگرايي ميباشد. اگرچه هزينه روزافزون اين نوع از تثبيت كنندهها و همچنين برخي از محدوديتهاي اجرايي در زمينه كاربرد آنها باعث شده كه محققين به دنبال مواد جايگزين با هزينه كمتر و تاثيرگذاري بيشتر باشند. از سوي ديگر، امروزه همراستا با رشد صنايع، مديريت پسماندهاي صنعتي با هدف حفظ منابع طبيعي و جلوگيري از آلودگي محيط زيست از اهميت ويژه اي برخوردار شده است. در اين رابطه نظر به گسترش صنعت فولاد و حجم زياد تركيبات زائد (مانند انواع سرباره) توليد شده در اين فرآيند، امكان بكارگيري اين مواد در بخشهاي مختلف ازجمله پروژه هاي عمراني بطور خاص مورد توجه ميباشد. بنحويكه با وجود انجام مطالعات گسترده در زمينه كاربرد سرباره ها در تكنولوژي بتن، ولي تاكنون قابليت كاربرد آنها براي اصلاح واگرايي خاكهاي رسي مورد بررسي و تاييد قرار نگرفته است. بنابراين در اين اختراع از طريق انجام مجموعه گسترده اي از آزمايشهاي فيزيكي، مكانيكي، شيميايي و ريزساختاري (ازجمله تهيه تصاوير ميكروسكوپ الكتروني و طيفهاي پراش اشعه ايكس) و با استفاده از دو نوع سرباره شامل سرباره كوره بلند (GBFS) و سرباره كنورتور (BOFS)، امكان استفاده از اين تركيبات به عنوان يك روش دوستدار طبيعت در بهبود مشخصات مهندسي خاك واگرا ارزيابي شد. نتايج آزمايشهاي صورت گرفته مويد آنست كه افزودن حدود 10 درصد سرباره BOFS بعد از 7 روز نگهداي، سبب كنترل كامل واگرايي خاك ميشود. بطوريكه در اين شرايط مقاومت خاك نيز تا 10 برابر افزايش خواهد يافت. لازم به ذكر است اصلاح واگرايي در حضور حدود 20 تا 25 درصد سرباره كوره بلند (GBFS) انجام مي شود. نتايج آزمايشهاي بزرگ ساختاري و ريزساختاري (در بخش توصيف اختراع آورده شده اند) نشان مي دهند ساز و كار اصلاح واگرايي خاك پس از افزودن سرباره، ناشي از دو فرآيند مجزا شامل واكنشهاي كوتاه مدت (تبادل كاتيوني و افزايش فشار اسمز) و واكنشهاي بلندمدت (فعاليت پوزلاني) است. مشخص شد ميزان تاثيرگذاري سربارههاي مورد مطالعه بر خصوصيات مهندسي خاك، تابعي از قابليت انحلال آنها و مقدار سرباره است. مشخص شد در تمامي نمونهها، افزايش مقدار سرباره سبب بهبود بيشتر رفتار خاك شده اگرچه در حضور GBFS به دليل قابليت انحلال كمتر و درنتيجه محدوديت تبادل يوني و كاهش فعاليت پوزولاني، ميزان تغيير رفتار خاك نسبت به BOFS كمتر مي باشد. استفاده از سربارهها (به دليل قيمت ناچيز آنها به عنوان يك زباله صنعتي در مقايسه با تثبيت كننده هاي شيميايي) ضمن كاهش هزينه هاي اجرايي طرح بهسازي خاك، كمك موثري در مديريت پسمانداري اين تركيبات و حفظ محيط زيست خواهد كرد. زيرا مشخص شد پس از افزودن سرباره ها به خاك و بعد انجام واكنش هاي فيزيكي و شيميايي، آثار مضر اوليه اين مواد براي طبيعت از بين خواهد رفت. علاوه بر اين، اصلاح خاكهاي واگرا با سرباره سبب كاهش تقاضا براي توليد سيمان و درنتيجه جلوگيري از آلودگي هاي ز-يست محيطي خواهد شد. زيرا توليد هر تن سيمان، بطور متوسط يك تن گاز منواكسيد كربن ايجاد مي نمايد. همچنين نتايج آزمايشهاي انجام شده در اين اختراع و مقالات علمي چاپ شده توسط مخترعين در رابطه با موضوع اختراع نشان داد سرباره جايگزين مناسبي بر آهك بوده و با افزودن آن به رسهاي مسئله دار امكان دسترسي به سطح مقاومت فشاري دلخواه فراهم ميشود؛ در صورتيكه با افزودن آهك افزايش مقاومت خاك تا يك محدوده مشخصي امكانپذير است.

تعيين هدايت هيدروليكي خاكها (ضريب نفوذپذيري) اهميت ويژه اي در مباحث انتقال آلودگي در خاك و همچنين پايداري و ايمني سازه هاي آبي- خاكي دارد. از طرفي معمولا دستگاه هاي موجود قادر به اندازه گيري اين ضريب در شرايط هد هيدروليكي مختلف نمي باشند. علاوه بر اين با استفاده از وسايل موجود امكان عبور طيف مختلفي از انواع سيال و يا گاز آلاينده از درون مصالح و بررسي عوامل موثر بر عبور جريان آلاينده وجود ندارد. بنابراين با توجه به مشكلات و ضعف تجهيزات موجود دستگاه حاضر با هدف مطالعه قابليت حركت هر نوع سيال و يا گاز آلاينده از درون خاك، امكان بررسي هدايت هيدروليكي مصالح تحت فشارهاي منفذي متغير، قابليت اندازه گيري همزمان ضريب نفوذپذيري چندين نمونه تحت شرايط مختلف آزمايش، تسريع در انجام آزمايشهاي كاهش هزينه ها، و امكان مدل سازي جريان ترواش آلودگي از درون مصالح تحت شرايط هد هيدروليكي متفاوت، اختراع شد.

آسيب به سازه¬هاي مهندسي ناشي از واگرايي خاك عمدتاً در شرايط مصالح بدون فيلتر رخ مي¬دهد. در اين راستا، آزمايش فيلتر مانع فرسايش (NEF) با هدف تعيين مشخصات فيلتر براي ممانعت از آبشستگي خاك ارائه شده است. از سوي ديگر، بين مدل¬سازي رفتار خاك در اين آزمايش با وضعيت واقعي، تفاوت¬هايي وجود دارد. لذا در اين اختراع سعي شده ضعف¬هاي دستگاه NEF تا حد امكان رفع شود. بدين منظور ضمن برقراري جريان قائم، با اضافه كردن مسير همگن ترواش افقي همسان، امكان ايجاد جريان سه¬بعدي درون خاك فراهم شد. همچنين از طريق دو مخزن مجزاي فولادي تحت فشار (تا سطح 1500 كيلوپاسكال)، قابليت تغييرات توأم گراديان هيدروليكي در جهات مختلف نمونه در زمان آزمايش مهيا گرديد. علاوه بر اين، امكان تغيير نوع مايع منفذي موجود در اين مخازن در جهت قائم و افقي بطور جداگانه وجود داشته؛ كه اين شرايط به راحتي فرآيند مطالعه تاثير جنس و مشخصات مايع منفذي بر پاسخ سيستم را مقدور مي¬سازد. قابليت¬هاي دستگاه در اعمال پارامترهاي موثر در ارزيابي رفتار سيستم و به دليل امكان طرح بهينه مصالح فيلتر، ضمن صرفه¬جويي اقتصادي و كاهش ريسك شكست پروژه مي¬تواند براي صحت¬سنجي روابط تجربي نيز بكار رورد.