Numerical analysis of water migration in an unsaturated loess slope subjected to years of irrigation activities

Xiaokun Hou, Sai K. Vanapalli, Tonglu Li

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoOttawa 2017: 70th Canadian Geotechnical Conference; 12th joint with IAH-CNC

Session: Geohazards III - Slope Stability Analysis

ABSTRACT: The key objective of the paper is to study the water infiltration characteristics under years of irrigation activities and its influence on the stability of slope in a region with loess deposits. The results show that the activities associated with irrigation have a significant influence on the hydraulic equilibrium condition of a slope that has low water content and no groundwater table. After years of irrigation activities, groundwater table forms and rises by 17m and a new hydraulic equilibrium state develops. The infiltration process can be divided into four different and distinct stages:(i) the wetting front moves downwards gradually and leads to the formation of groundwater table below the irrigation area (ii) the groundwater moves to the slope toe (iii) the groundwater rises gradually with discharging water at the slope toe (iv) the new hydraulic equilibrium state forms with the outflux equaling the irrigation amount per year. The slope stability decreases gradually due to infiltration activity contributing to a safety factor which is less than unity at the end of the second stage. This phenomenon contributes to the slope failure due to the loss of shear strength of unsaturated soil, particularly near the slope toe. The results of study are useful to understand and interpret the slope failures associated with years of irrigation activities in loess deposits extending the mechanics of unsaturated soils.

RÉSUMÉ: L'objectif principal du document est d'étudier les caractéristiques d'infiltration d'eau au cours des années d'activités d'irrigation et son influence sur la stabilité de la pente dans une région avec des dépôts de loess. Les résultats montrent que les activités associées à l'irrigation ont une influence significative sur l'état d'équilibre hydraulique d'une pente qui a une faible teneur en eau et pas de nappe phréatique. Après des années d'activités d'irrigation, la table des eaux souterraines se forme et augmente de 17 met un nouvel état d'équilibre hydraulique se développe. Le processus d'infiltration peut être divisé en quatre étapes différentes et distinctes: (i) le front mouillant se déplace progressivement vers le bas et conduit à la formation de la nappe phréatique sous la zone d'irrigation (ii) l'eau souterraine se déplace vers le talon de la pente (iii) Progressivement avec l'eau de décharge à l'extrémité de la pente (iv) le nouvel état d'équilibre hydraulique se forme avec l'affleurement égalant le montant de l'irrigation par an. La stabilité de la pente diminue progressivement en raison de l'activité d'infiltration contribuant à un facteur de sécurité inférieur à l'unité à la fin de la deuxième étape. Ce phénomène contribue à l'échec de la pente due à la perte de résistance au cisaillement non saturée du sol, en particulier à proximité de la pointe de la pente. Les résultats de l'étude sont utiles pour comprendre et interpréter les échecs de pente associés à des années d'activités d'irrigation dans des dépôts de loess étendant la mécanique des sols non saturés.

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