Channeling during settling and self-weight consolidation of cohesive sediments

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Abstract

As a part of the settling and self-weight consolidation of fine-grained materials, a common but not widely recognized phenomenon randomly occurs, namely channeling or the formation of narrow vertical paths or “channels.” Channel formation can have important effects on the microstructure, consolidation, and shear strength characteristics of newly formed sediments. However, only a few studies have been performed on channeling. The causes of channel formation and the factors affecting it are still not fully understood. This paper presents the results of an experimental study of channel formation during settling and self-weight consolidation in fine-grained materials. Four types of fine-grained materials and different slurry concentrations were tested using large and small settling columns, and channel formation was observed using a high-resolution digital camera. The results indicate that the primary mechanism for channel formation is the coalescence of small-scale discontinuities between clusters of soil particles formed by flocculation. The stronger the degree of flocculation, the more prevalent is the formation of channels. Pore pressure measurements show the effects of channels in dissipating excess pore pressures in sediments undergoing self-weight consolidation.

Faisant partie de la déposition et de la consolidation sous leur poids propre des matériaux à grains fins, un phénomène courant mais pas souvent reconnu se produit de façon aléatoire, qui est la formation de cheminements verticaux étroits ou « canaux ». La formation de canal peut avoir d'importants effets sur les caractéristiques de la microstructure, de la consolidation et de la résistance au cisaillement des sédiments nouvellement formés. Cependant, seulement quelques études ont été réalisées sur la formation de canaux. On ne comprend pas encore complètement les causes de la formation de canaux et les facteurs qui l'influencent. Cet article présente les résultats d'une étude expérimentale de formation de canaux durant la déposition et la consolidation sous leur poids propre dans des matériaux à grains fins. Quatre type de matériaux à grains fins et différentes concentrations de boue ont été mises à l'essai en utilisant de grandes et de petites colonnes de déposition, et la formation de canaux a été observée au moyen d'une caméra digitale à haute définition. Les résultats indiquent que le mécanisme primaire pour la formation de canaux est la coalescence de discontinuités à petite-échelle entre les agglomérats de particules de sol formés par floculation. Plus le degré de floculation est fort, plus la formation de canaux est prévalente. Les mesures de pressions interstitielles montrent les effets des canaux sur la dissipation des pressions dans les sédiments subissant la consolidation sous le poids propre.

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