Field experimental cells to evaluate the hydrogeological behaviour of oxygen barriers made of silty materials

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Abstract

An in situ study was initiated to evaluate the efficiency of silts as moisture-retaining material in covers with capillary barrier effects (CCBEs) that aim at controlling the production of acid mine drainage (AMD). This investigation included the construction of four experimental cells covered by different layered cover configurations. Each CCBE was instrumented to monitor its hydrogeological behaviour. The degree of saturation (Sr) in the moisture-retaining (silty) materials was usually maintained above 85%, while Sr in the two sand layers placed above and below the silts was generally lower than 30%–50% (typical hydrogeological behaviour of efficient CCBEs). Suction measurements in the different layers of the four CCBEs were consistent with the observed Sr measurements during the four years of monitoring. The suctions measured in the moisture-retaining materials were lower than their respective air-entry values (AEV), while suctions largely exceeded the AEV of the sand in the capillary break layers. The oxygen flux calculations confirm that in each of the four CCBEs the flux through the CCBEs remained low for the entire duration of the experiment, hence limiting the generation of AMD. This study also confirmed the ability of silty materials to act as moisture retaining in a CCBE.

Une étude in situ a été menée afin d'évaluer l'efficacité de matériaux silteux comme couche de rétention d'eau dans les couvertures avec effets de barrière capillaire (CEBC) utilisées pour limiter la formation de drainage minier acide (DMA). La présente étude comprenait la construction de quatre cellules expérimentales recouvertes par une CEBC. Chaque CEBC a été instrumentée pour ausculter le comportement hydrogéologique des différentes couches du recouvrement. Dans la couche de rétention d'eau (matériaux silteux), le degré de saturation (Sr) s'est maintenu à des valeurs habituellement supérieures à 85% alors que dans les deux couches de sable placés au-dessus et en-dessous des matériaux silteux, il s'est situé généralement à des valeurs entre 30% à 50% (ce comportement hydrogéologique est typique de CEBC efficaces). Les succions mesurées dans les différentes couches des CEBC correspondaient aux degrés de saturation observées et ce pour les quatre années d'auscultation. Dans les couches de rétention d'eau, les succions mesurées ont été habituellement inférieures aux pressions d'entrée d'air « AEV » des matériaux silteux utilisés alors que dans les deux couches de bris capillaire elles ont été largement supérieures au AEV du sable. Les flux d'oxygène calculés à travers les CEBC confirment que ces derniers sont faibles pour toute la durée de l'expérimentation permettant ainsi de contrôler de façon efficace la génération de DMA. Cette étude confirme également la capacité des matériaux silteux d'agir comme couche de rétention d'eau dans les CEBC. Mots-clés: couverture avec effets de barrière capillaire, drainage minier acide, cellules expérimentales, mesures de terrain, écoulement non saturé, diffusion, flux d'oxygène.

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