Reference : CHARACTERIZATION OF STONY SOILS’ HYDRAULIC PROPERTIES AND REPRESENTATIVE ELEMENTARY V...
Dissertations and theses : Master's dissertation
Life sciences : Environmental sciences & ecology
http://hdl.handle.net/2268/185481
CHARACTERIZATION OF STONY SOILS’ HYDRAULIC PROPERTIES AND REPRESENTATIVE ELEMENTARY VOLUME USING FIELD, LABORATORY AND NUMERICAL EXPERIMENTS
English
Pichault, Mathieu mailto [Université de Liège - ULiège > BIOSE > Axe échanges eau-sol-plante > >]
Aug-2015
Université de Liège, ​Liège, ​​Belgique
Master bioingénieur sciences et technologies de l'environnement,
73
Garré, Sarah mailto
Degré, Aurore mailto
Mercatoris, Benoît mailto
Vanderborght, Jan mailto
[en] stony soil ; hydraulic conductivity ; water retention
[en] Determining soil hydraulic properties is of major concern in various fields of study such as soil physics, hydrology, ecology and agronomy. Though stony soils are widespread across the globe, most studies deal with gravel-free soils so that the literature describing the impact of stones on a soil’s hydraulic characteristics is still rather scarce. The aim of this study is to assess, through a case study of a clayey soil in Thailand, the effect of rock fragments on the main hydraulic characteristics, i.e. hydraulic conductivity and retention curves, and on related physical properties of the soil. This was done by means of field, laboratory and numerical experiments involving different amounts and types of coarse fragments. Results were compared with those predicted by several models assuming that stones are non-porous and only reduce the cross-sectional area available for water flow. These models further consider that the shape parameters of the retention and hydraulic conductivity curves are not dependent on the stoniness. We tested the validity of such assumptions. We did not find evidence against the assumption stating that stones might be considered as non-porous. However, our results suggest that the shape parameters of the retention curve vary according to the stone content. Furthermore, considering that stones only reduce the cross-sectional area available for water flow might also be ill-founded. We pointed out several significant drivers of the saturated hydraulic conductivity which are not considered by these models. First of all, the effect due to the creation of voids at the fine earth-stone interface combined with an increased difficulty to repack the fine earth can counteract and even overcome the effect of a reduced cross-sectional area in some cases. Moreover, the shape and the size of inclusions may also affect substantially hydraulic conductivity. Finally, we developed a code destined to quantify the representative elementary volume of soils containing different amounts of stones of various diameters.
[fr] La détermination des propriétés hydrauliques du sol est une préoccupation majeure dans différents domaines d’études tels que la physique du sol, l’hydrologie, l’écologie ou encore l’agronomie. Bien que les sols caillouteux soient répandus dans le monde entier, la plupart des études ne caractérisent que la fraction fine des sols, si bien que la littérature décrivant l’impact des cailloux sur les propriétés hydrauliques du sol est encore rare. L’objectif de cette étude est de déterminer, à travers l’analyse d’un sol argileux thaïlandais, l’effet des cailloux sur les caractéristiques hydrauliques, c.à.d. les courbes de rétention et de conductivité hydrauliques, ainsi que les propriétés physiques relatives du sol. L’étude a été réalisée au moyen d’expériences de terrain, en laboratoire et numériques impliquant différentes quantités et types de fragments grossiers. Nous avons comparé nos résultats avec ceux prédits par certains modèles supposant que les cailloux sont non poreux et que leur seul effet est de diminuer la section transversale disponible pour l’écoulement de l’eau. De plus, ces modèles considèrent que les paramètres de forme des courbes de rétention et de conductivité ne dépendent pas de la teneur en cailloux. Nous avons testé la validité de telles hypothèses. Nous n’avons pas trouvé d’indications contraires à l’hypothèse stipulant que les cailloux peuvent être considérés comme non poreux. Cependant, nos résultats suggèrent que les paramètres de forme de la courbe de rétention varient en fonction de la teneur en cailloux. En outre, la supposition selon laquelle les cailloux ont pour seul et unique effet de réduire la surface disponible pour l’écoulement pourrait aussi s’avérer infondée. Nous désignons plusieurs facteurs, non considérés par ces modèles, qui affectent significativement la conductivité hydraulique à saturation. D’abord, la création de vides à l’interface entre la terre fine et les cailloux, combinée à une plus grande difficulté à compacter la terre fine, peut contrer - voire dominer - les effets liés à la réduction transversale de l’écoulement. La forme et la taille des inclusions altèrent également de manière substantielle la conductivité hydraulique. Finalement, nous avons développé un code destiné à quantifier le volume élémentaire représentatif de sols contenant différentes quantités de cailloux de diamètres variés.
Researchers ; Professionals ; Students
http://hdl.handle.net/2268/185481

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