Effect of desiccation cracks on the hydraulic response of unsaturated soil slope to infiltration

P.H. YIN

In the proceedings of: GeoVancouver 2016: 69th Canadian Geotechnical Conference

Session: FUNDAMENTALS - X Physical & Numerical Modelling

ABSTRACT: Soil cracks that arise due to desiccation associated with the influence of environmental factors significantly alter the mechanical, hydraulic, physico-chemical and thermal properties of fine-grained soils. A simplified framework is presented in this paper which includes two major steps: (i) simulating the water flow in unsaturated soil by coupling the movement of moisture, vapor, and heat within the soil and the atmospheric evaporation on the ground, and (ii) predicting the depth of primary cracks by combining linear elastic fracture mechanics (LEFM) and mechanical behaviour of unsaturated soils based on two stress state variables. This framework is capable of predicting the depth of primary cracks during desiccation based on the stress distribution and measurable soil properties. The possible influence of both environmental factors (i.e. temperature, relative humidity, which changes soil suction profile with respect to time) and the soil properties (i.e. the tensile strength, the fracture toughness) are taken into consideration in the proposed framework.

RÉSUMÉ: Les fissures du sol qui se développent en raison de la dessiccation associée à l'influence des facteurs environnementaux modifie de manière significative la mécanique, hydraulique, les propriétés thermiques et physico-chimiques des sols fins. Un cadre simplifié est présenté dans le présent document qui comprend deux grandes étapes: (i) simulation du débit d'eau dans le sol non saturé en couplant le mouvement de l'humidité, de la vapeur et de la chaleur dans le sol et l'évaporation atmosphérique sur le terrain, et (ii) prédire la profondeur de la fissure primaire en combinant la mécanique élastique linéaire de la rupture (LEFM) et le comportement mécanique des sols non saturés basée sur les deux variables d'état de contrainte. Ce cadre est en mesure de prédire la profondeur des fissures primaires au cours de la dessication sur la base du champ de contraintes et les propriétés mesurables du sol. L'éventuelle influence de facteurs environnementaux (par exemple, la température, l'humidité relative, ce qui modifie le profil de succion du sol en fonction du temps) et les propriétés du sol (à savoir, la résistance à la traction, la ténacité à la rupture) sont prises en considération dans le cadre proposé.

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