A pore-network model for hydromechanical coupling in unsaturated compacted clayey soils

ISSN： 1208-6010

Source： Canadian Geotechnical Journal, Vol.42, Iss.2, 2005-04, pp. : 499-514

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Abstract

The behaviour of deformable unsaturated soils is difficult to characterize with simple relationships. Unsaturated hydraulic properties, namely the soil-water characteristic curve and the hydraulic conductivity function, are dependent on both volume change and degree of saturation, whereas volume change itself often cannot be related to a single stress variable but must be described by independent functions of mechanical loading and suction. It is proposed that a means to obtain these functions is through pore-network modelling, by which it is possible to integrate the phenomena of drainage and volume change and the different effects of suction and mechanical loading. The implementation of a two-dimensional pore-network model is described. A simple algorithm for individual pore volume change is adopted. The model uses pore-size distributions measured by mercury intrusion porosimetry to initially generate the simulated pore grid. Predictions of soil-water characteristic curves, void ratio versus suction curves, pore-size distributions at specific suctions, unsaturated hydraulic conductivity, and compression curves are compared with measured values from two compacted clayey soils.Key words: unsaturated soil, volume change, pore network, soil-water characteristic curve, unsaturated hydraulic conductivity, compacted clay.Il est difficile de caractériser avec des relations simples le comportement des sols non saturés déformable. Les propriétés hydrauliques non saturées, nommément la courbe caractéristique sol-eau et la fonction de conductivité hydraulique, sont dépendantes tant du changement de volume que du degré de saturation, alors que le changement de volume lui-même ne peut souvent pas être mis en relation avec une variable simple de contrainte, mais doit être décrit par des fonctions indépendantes de chargement mécanique et de succion. On suggère qu'une façon d'obtenir ces fonctions est au moyen d'une modélisation du réseau de pores par laquelle il est possible d'intégrer les phénomènes de drainage et de changement de volume, et les différents effets de succion et de chargement mécanique. On décrit la réalisation d'un modèle de réseau de pores bidimensionnel. On a adopté un algorithme simple pour un changement de volume des pores individuels. Le modèle utilise des distributions porosimétrique mesurées au moyen de la porosimétrie par intrusion au mercure pour générer initialement la grille des pores simulée. Les prédictions des courbes caractéristiques sol-eau, des courbes du rapport des vides versus succion, des courbes porosimétriques à des succions spécifiques, de la conductivité hydraulique non saturée, et des courbes de compression sont comparées avec les valeurs mesurées sur deux sols argileux compactés.Mots clés : sol non saturé, changement de volume, réseau de pores, courbe caractéristique sol-eau, conductivité hydraulique non saturée, argile compactée.[Traduit par la Rédaction]