A Lower Limit for the Water Permeability Coefficient

Abstract

The unlimited decrease in the liquid water coefficient of permeability, kw, with increasing soil suctions produces a shut off of water flow. It is known, however, that significant quantities of water flow occur even at relatively high soil suctions and the extremely small values for kw can cause serious difficulties in the numerical solution of seepage problems. The objective of the present study is to suggest an appropriate lower limit for kw in order to ameliorate numerical difficulties. Two approaches for imposing lower limit for kw were evaluated. First, the residual conditions were used for the calculation of the minimum value of kw. The values of kw at the residual conditions were found to provide an inappropriate lower limit for kw. The second approach was based on the water vapour flow theory. A vapour permeability function was developed and used to determine the change in water vapour permeability with suction. Based on the comparison of liquid water and overall permeability functions, a lower limit for kw was established. The results presented herein suggest that a constant value of 110-14 m/s can be used as a minimum coefficient of liquid water permeability in liquid water flow analyses. RÉSUMÉ La diminution illimitée du coefficient de la perméabilité de l'eau liquide, kw, avec l'augmentation des succions de sol produit l'interruption de l'écoulement de l'eau. On le sait, cependant, que les quantités significatives d'écoulement de l'eau se produisent même aux succions relativement élevées de sol et les valeurs extrêmement petites du kw peuvent produire de graves difficultés dans la solution numérique des problèmes d'écoulement de l'eau. L'objectif de la présente étude est de suggérer une valeur minimum appropriée pour le kw afin d'améliorer telles difficultés numériques. Deux approches pour la définition d'une valeur minimum de kw ont été évaluées. D'abord, les conditions résiduelles ont été employées pour le calcul de la valeur minimum du kw. Les valeurs du kw aux conditions résiduelles se sont avérées pour fournir une indication inadéquate de la valeur minimum du kw. La deuxième approche a été basée sur la théorie d'écoulement de vapeur d'eau. Une fonction de perméabilité à vapeur a été développée et employée pour déterminer le changement de la perméabilité à vapeur d'eau avec la succion dans un sol. Basé sur la comparaison du coefficient de la perméabilité de l'eau liquide et de vapeur, une valeur minimum pour le kw a été établie. Les résultats présentés suggèrent qu'une valeur constante de 110-14 m/s peut être employée comme coefficient minimum de la perméabilité de l'eau liquide dans des analyses de flux liquides de l'eau.