Effect of Pore Water Chemistry on Hydro-Mechanical Behavior of Compacted Expansive Clay

Abstract

ABSTRACT: Pore water chemistry affects properties such as volume changes, including swell-shrinkage and compressibility, water retention capacity, hydraulic conductivity. The soil swell-shrinkage behavior causes deformations both in horizontal and vertical directions, leading to cracking of soils which result in increase in hydraulic conductivity due to formation of preferential flow paths in the location of cracks. The impact of these deformations on volume change behavior of soils still are to be fully understood, hence there is still room for research in this subject. This thesis presents the results of an experimental program studying the effect of pore solution concentration on hydro-mechanical behavior of unsaturated soils. In addition compressive strength and tensile strength properties are also studied. The experimental results are interpreted in relation to the diffuse double layer theory. NaCl and CaCl2 are used in concentrations of 0.5M and 1M to change the pore fluid chemistry, and the behavior is compared to the behavior of soil with distilled water as the pore fluid. The experimental results conform to the results observed in some previous research works, hence contributing to the literature on the effect of pore fluid chemistry on the behavior of unsaturated soils exposed to saline environments. The findings of this study indicated that salts in the pore fluid reduced the swell-shrinkage potential and compressibility, while increasing the strength properties and hydraulic conductivity. Keywords: Desiccation, pore-water chemistry, shrinkage, unsaturated soils.

………………………………………………………………………………………………………………………… ÖZ: Boşluk suyu kimyasının zemin-su sistemlerinin davranışına etkisi çoklu ilişkiler sonucu oluşur ve zemin-su ilişkisinde farklı süreçleri etkiler. Bu süreçler, şişme-büzülme ve kompressibiliteyi içeren hacimsel değişimler ile su tutma kapasitesi ve hidrolik iletkenlikten oluşur. Zeminin büzülme-şişme davranışı yatay ve düşey deformasyonlara ve tercihli akım kanallarına neden olan çatlakların oluşmasına, dolayısıyla hidrolik iletkenlik artışına neden olur. Halen zemin deformasyonlarının hacimsel değişimler üzerindeki etkisi tam manasıyla anlaşılamadığından, bu konuda yapılabilecek çok araştırma vardır. Bu tezde boşluk suyu konsantrasyonunun doygun olmayan zeminler üzerindeki rolü irdelenmiştir. Ayrıca serbest basınç ve gerilme mukavemetleri de farklı boşluk suyu kimyasında çalışılmıştır. Deneyler damıtık su, ve 0.5M ve 1M NaCl ile 0.5M ve 1 M CaCl2 kullanılarak hazırlanmış nümuneler üzerinde yapılıp, deneysel sonuçlar ‘diffuse double layer’ (DDL) hipotezi yaklaşımı ile açıklanmaya çalışılmıştır. Sonuçlar temel beklentiler doğrultusunda çıkarken, bu yaklaşımların tuzlu ortamlarda suya doygun olmayan zeminlerin davranışlarının daha iyi anlaşılmasına yararlı olacak bilgiler edinilmesini de sağlamıştır. Deneysel çalışma sonucunda boşluk suyunda tuz konsantrasyonu arttıkca şişme-büzülme ve kompressibilite potansiyelinde azalma izlenirken, mukavemet ve hidrolik iletkenlik faktörlerinde de artış gözlemlenmiştir. Anahtar kelimeler: Kuruma, boşluk suyu kimyası, büzülme, suya doygun olmayan zeminler.