Measurement of soil-water characteristic curves for fine-grained soils using a small-scale centrifuge

摘要

Considerably long periods of time are required to measure soil-water characteristic curves using conventional equipment such as pressure plate apparatus or a Tempe cell. A commercially available, small-scale medical centrifuge with a swinging type rotor assembly was used to measure the soil-water characteristic curves on statically compacted, fine-grained soil specimens. A specimen holder was specially designed to obtain multiple sets of water content versus suction data for measuring the soil-water characteristic curve at a single speed of rotation of the centrifuge. The soil-water characteristic curves were measured for three different types of fine-grained soils. The three soils used in the study were processed silt (liquid limit, w_L = 24%; plasticity index, I_p = 0; and clay = 7%), Indian Head till (w_L = 35.5%, I_p = 17%, and clay = 30%), and Regina clay (w_L = 75.5%, I_p = 21%, and clay = 70%). The soil-water characteristic curves for the above soils were measured in 0.5, 1, and 2 days, respectively, using the centrifuge technique for suction ranges from 0 to 600 kPa. Time periods of 2, 4–6, and 16 weeks were required for measuring the soil-water characteristic curves for the same soils using a conventional pressure plate apparatus. There is reasonably good agreement between the experimental results obtained by the centrifuge and the pressure plate methods. The results of this study are encouraging as soil-water characteristic curves can be measured in a reduced time period when using a small-scale centrifuge.Key words: unsaturated soils, soil-water characteristic curve, centrifuge technique, soil suction, matric suction, water content.L'utilisation d'équipements conventionnels (e.g., cellule Tempe) pour mesurer les courbes caractéristiques sol-eau requiert des durées considérables. Une petite centrifugeuse médicale disponible commercialement a été utilisée pour mesurer la courbe caractéristique sol-eau de spécimens de sols à grains fins compactés de façon statique. Un support pour les spécimens a été conçu spécialement à cet effet. Les mesures ont été effectuées sur trois types de sols : silt (w_L = 24 %, I_p = 0, et argile = 7 %), till Indian Head (w_L = 35,5 %, I_p = 17 %, et argile = 30 %), et argile de Regina (w_L = 75,5 %, I_p = 21 %, et argile = 70 %). Les courbes caractéristiques sol-eau couvrant de 0 à 600 kPa ont été mesurées en un demi jour, un jour, et un jour et demi avec la centrifugeuse sur ces trois sols, respectivement. Cependant, des périodes de 2, 4 à 6, et 16 semaines étaient requises avec une méthode conventionnelle. L'accord entre les résultats obtenus par les deux méthodes est satisfaisant. Les résultats de cette étude sont encourageants puisque les courbes caractéristiques sol-eau peuvent être mesurées durant une période de temps réduite lorsque la petite centrifugeuse est utilisée.Mots clés : sols non saturés, courbe caractéristique sol-eau, centrifugeuse, suction, contenu en eau.