Permeability of sand-clay mixtures

This study deals with the behavior of composite blends constituted of rigid and impervious grains included in saturated clay paste of kaolin, considered as permeable and deformable. Permeability tests performed during standard oedometr tests (before each load step) highlight the key role of the original and actual state of the clay paste, and show the existence of a threshold of sand grain concentration above which a structuring effect influences its permeability. In the light of these experiments some usual homogenization methods (with simplifying assumptions to make the problem manageable) are considered in order to model the mixture permeability. Qualitative and quantitative comparisons with experimental data point out their respective domain of interest and limitations of such approaches.

W inżynierii lądowej/geoinżynierii bardzo często spotykamy się z materiałami gruntowymi zbudowanymi z frakcji piaskowej i ilastej. Materiały te stanowią naturalne podłoże gruntowe dla posadawianych na nim budynków lub jako mieszanki rekonstytuowane używane są do budowy nasypów drogowych, tam, zapór jak również barier uszczelniających. Doświadczenie pokazuje, że cechy tych materiałów zależą od właściwości komponentów, szczególnie od mineralogii iłu, od wzajemnych proporcji składników, od stopnia zagęszczenia, jak również od wilgotności mieszanki. Mimo, że do projektowania konstrukcji geotechnicznych stosuje się proste i powszechnie znane zasady (równania empiryczne) bazujące na właściwościach składników, wielokrotnie stawia się pytanie czy jest to podejście właściwe. W związku z tym autorzy podjęli próbę lepszego zrozumienia właściwości mieszanek piasek-ił w skali makro poprzez powiązanie ich ze zjawiskami fizycznymi jakie mają miejsce w materiale w skali mikro. Takie podejście "skalowania" jest typowe dla homogenizacji. Prezentowane badania dotyczą filtracji kompozytów/mieszanek zbudowanych ze sztywnych i szczelnych ziaren piasku zanurzonych w nasyconej wodą paście kaolinitu, rozważanej jako materiał podlegający filtracji i deformacji. Badania wodoprzepuszczalności wykonane w czasie typowych badań edometrycznych uwidaczniają ważną rolę początkowego i aktualnego (uzależnionego od stanu naprężenia) stanu matrycy ilastej, jak również pokazują istnienie wartości progowej zagęszczenia ziaren piasku, powyżej której zjawisko "strukturyzacji" matrycy wpływa istotnie na wodoprzepuszczalność mieszanki. W świetle przeprowadzonych badań, wyniki doświadczalne porównano w sposób jakościowy i ilościowy z oszacowaniami empirycznymi typowych modeli homogenizacji, co pozwoliło na wskazanie zakresu poprawnego działania użytych modeli matematycznych.