Water retention curve and hydraulic conductivity function of highly compressible materials


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Abstract

A model capable of describing the suction-induced consolidation curve (void ratio function) and water retention curve (WRC) of highly compressible materials (HCM) is developed, validated, and finally applied to describe the WRC of deinking by-products (DBP). DBP are a highly compressible by-product of paper recycling used in geoenvironmental applications. Validation is conducted by modelling the WRC and the void ratio function for a well documented silty sand from Saskatchewan, Canada. The WRC and void ratio function were used to predict its hydraulic conductivity function (k-function). The water content, suction, and volumetric deformation data of DBP are obtained using an experimental technique that allows determination of the WRCs of HCMs that is suitable for prediction of the DBP k-function. The results show that volumetric water contents are underestimated if volume changes are not accounted for, leading to inaccuracies in the WRCs, thus inaccurately predicted k-functions. It is shown that the newly developed model is better suited for HCMs than currently available models, in particular for HCMs that continue to undergo significant volume changes when the applied suction exceeds the air-entry value.RésuméUn modèle conçu pour décrire la courbe de consolidation induite par la tension capillaire (fonction d'indice des vides) ainsi que la courbe de rétention d'eau (CRE) des matériaux hautement compressibles (MHC) est développé, validé, puis appliqué pour décrire la CRE des sous-produits de désencrages (SPD). Les SPD sont un sous-produit hautement compressible issus du procédé de recyclage du papier utilisé pour des applications géoenvironnementales. La validation du modèle est effectuée en modélisant la CRE et la fonction d'indice des vides d'un sable limoneux documenté, provenant de la Saskatchewan, au Canada. La CRE et la fonction d'indice des vides ont ensuite été utilisées pour prédire sa fonction de conductivité hydraulique (FCH). Les données de teneur en eau, de tension capillaire et de déformation volumique des SPD sont obtenues grâce à une procédure expérimentale permettant de déterminer la CRE des MHC. Les résultats montrent que la teneur en eau volumique est sous-estimée si les changements de volume de l'échantillon ne sont pas pris en compte, menant à des imprécisions dans la CRE, et, ainsi, dans la FCH prédite. Il est démontré que le nouveau modèle est plus approprié pour les MHC que les modèles présentement disponibles, en particulier pour les MHC qui continuent à subir des changements de volumes significatifs pour des valeurs de succions plus élevées que la valeur d'entrée d'air.

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