Validity Limits of Fredlund-Xing-Kunze model for the estimation of hydraulic properties of unsaturated soils

Tadikonda Venkata Bharat, Jitendrapal Sharma

In the proceedings of: GeoManitoba 2012: 65th Canadian Geotechnical Conference

Session: T1A - Soil Mechanics II

ABSTRACT: Well-defined soil hydraulic functions, i.e., the water retention curve and the hydraulic conductivity function, are important for the simulation of vadose zone flow. However, direct measurements of unsaturated hydraulic conductivities are highly time-consuming. Consequently, conductivities are commonly estimated from water retention data using Fredlund-Xing-Kunze (FXK) models. The FXK models appear to be attractive and more flexible in using the model parameters. However, it is shown in this work that the validity ranges of FXK model parameters are highly constrained and limited to a narrow range. The present work analyzes two well-known FXK models for the estimation of hydraulic conductivities from water retention data. It is shown that the predicted conductivities from FXK models are highly sensitive to the shape of the water retention curve near saturation. The validity limits of the model parameters are derived using sensitivity analysis for the estimation of accurate hydraulic conductivities. This paper further reveals that for many fine-grained soils, FXK models predict inaccurate hydraulic conductivities when the model parameters are not restricted. The improvement in the predicted conductivity functions after restricting the model parameters is demonstrated using experimentally observed published data.

RÉSUMÉ: Fonctions des sols bien définis hydrauliques, à savoir, la courbe de rétention d'eau et la fonction de conductivité hydraulique, sont importants pour la simulation de l'écoulement zone non saturée. Toutefois, des mesures directes de la conductivité hydraulique insaturés sont très chronophage. Par conséquent, les conductivités sont couramment estimées à partir des données de rétention d'eau en utilisant Fredlund-Xing-Kunze (FXK) modèles. Les modèles FXK semble attrayant et aussi plus souple dans l'utilisation des paramètres du modèle. Cependant, il est montré dans ce travail que les domaines de validité des paramètres du modèle FXK sont très fortement contraints et limités à une gamme étroite. Le présent ouvrage analyse deux modèles FXK bien connus pour l'estimation de la conductivité hydraulique à partir des données de rétention d'eau. Il est montré que les conductivités prédites à partir de modèles FXK sont très sensibles à la forme de la courbe de rétention d'eau proche de la saturation. Les limites de validité des paramètres du modèle sont calculées en utilisant une analyse de sensibilité pour l'estimation des conductivités hydrauliques précises. Ce document révèle en outre que de nombreux sols à texture fine, les modèles prédisent FXK inexactes conductivités hydrauliques lorsque les paramètres du modèle ne sont pas limités. L'amélioration dans les fonctions de conductivité prévues après restreindre les paramètres du modèle est démontrée en utilisant observées expérimentalement données publiées.

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