A field study of stress-dependent soil-water characteristic curves and permeability of a saprolitic slope in Hong Kong

摘要

On reconnaît que les mesures sur le terrain des courbes caractéristiques sol-eau tributaires des contraintes [stress-dependent soil-water characteristic curves (SDSWCC)] et à fonction de perméabilité (coefficient de perméabilité relativement à la phase d'eau) sont des éléments indispensables pour l'évaluation de filtrations transitoires, de variations de la pression interstitielle, et de la stabilité des talus de sols non saturés. Dans cette étude, on mesure les SDSWCC et la fonction de perméabilité en appliquant la méthode de profil instantané sur un versant saprolitique d'une colline à Tung Chung, Hong Kong. Le profil du sol comprend du colluvium et du tuf entièrement décomposé (CDT). On place des instruments sur un plot circulaire de 3 m de diamètre, que l'on soumet ensuite à deux cycles de mouillage /séchage. Tout au long d'une période de contrôle de 48 heures, on mesure en continu les variations de la teneur d'eau volumétrique et l'aspiration matricielle de la couche supérieure de 3 m des sols, au moyen de capteurs d'humidité à réflectométrie en domaine temporel et de tensiomètres Jet-fill, respectivement. Les relevés sur le terrain révèlent une nette tendance à la diminution des boucles hystérétiques de SDSWCC en fonction de la profondeur. Une étude comparée entre les mesures SDSWCC en laboratoire ou sur le terrain révèle un accord général au niveau du premier cycle de mouillage / séchage, mais pas au niveau du premier. La fonction de perméabilité non saturée relevée sur le terrain est fortement tributaire de l'historique de l'aspiration (cycles de mouillage /séchage). La perméabilité mesurée sur le terrain va de 4×10~(-7) m/s à 1 × 10~(-4) m/s dans le colluvium, tandis que les valeurs mesurées correspondantes vont de 4×10~(-7) m/s à 1×10~(-4) m/s dans le CDT. On notera avec prudence les prédictions de courbes caractéristiques sol-eau et de la fonction de perméabilité établies sur la base de méthodes empiriques existantes basées sur les distributions particulaires. Il existe une incohérence qualitative et quantitative manifeste entre les prédictions de la fonction de perméabilité découlant de la distribution granulomé-trique et les mesures effectuées sur le terrain.%It is well recognised that field measurements of stress-dependent soil-water characteristic curves (SDSWCCs) and the permeability function (coefficient of permeability with respect to the water phase) are vital for assessing transient seepage, pore water pressure changes and the stability of unsaturated soil slopes. In this study, SDSWCCs and the permeability function were measured by using the instantaneous profile method on a saprolitic hillside in Tung Chung, Hong Kong. The ground profile comprises colluvium and completely decomposed tuff (CDT). A 3 m diameter circular plot was instrumented and subjected to two wetting-drying cycles. Throughout a 48-day monitoring period, variations of volumetric water content and matrix suction in the uppermost 3 m of soil were measured continuously using time-domain reflectometry moisture probes and jet-fill tensiometers, respectively. The field observations reveal that there is a clear trend of decreasing sizes of hysteretic loops of SDSWCCs with depth. In a comparison of the field- and laboratory-measured SDSWCCs, general agreement can be seen in the first wetting-drying cycle but not in the second cycle. The field-observed unsaturated permeability function is highly dependent on suction history (wetting-drying cycles). The field-measured permeability ranges from 4 × 10~(-7) m/s to 3 ×10~(-4) m/s in the colluvium, whereas the corresponding measured values vary from 4 × 10~(-7) m/s to 1 ×10~(-4) m/s in the CDT. Predictions of SWCC and permeability function using existing empirical approaches based on particle size distributions (PSDs) should be treated with caution. There is a clear qualitative and quantitative inconsistency between predictions of permeability function from PSD and field measurements.