Change of clay fill structure induced by applied stress

Abstract

The open-cast brown coal mining in Northwestern Bohemia produces vast amounts of a lumpy clayey material dredged from the overlying sedimentary layers and deposited into large landfills (clay fills). The clay fills are typical for their double porosity (inside and between lumps), which, when related to the absence of artificial compaction, results in their open and metastable structure. Their structural transition from a coarse-graded (lumpy) material into a fine-graded material (reconstituted clay) is influenced by time, degree of saturation, and stress. The structural transition of Bílina Clay Fill, induced by applied stress, is studied by two scaled-down physical models. Their isotropic compressibility and hydraulic conductivity are tested in a large triaxial cell under increasing stress. A series of standard laboratory tests in a small triaxial cell and oedometer on reconstituted and undisturbed samples provides the limiting characteristic values to the possible behavior of the models. The results showed that the hydraulic conductivity of a saturated clay fill non-linearly decreases as the macrovoids close, approaching the hydraulic conductivity of a reconstituted soil at 540 kPa of the vertical effective stress. Then the macrovoids are filled with the reconstituted soil only, and the trend...

V severozápadních Čechách probíhá rozsáhlá povrchová těžba hnědého uhlí. Nadložní jílovité vrstvy jsou odtěžovány a ve formě hrud ukládány na výsypky. Pro tyto výsypky je typická jejich dvojí pórovitost (uvnitř hrud a mezi nimi). V souvislosti s absencí zhutňování, vede tato dvojí pórovitost k otevřené metastabilní struktuře výsypek. Přeměna struktury výsypky z hrubozrnné (hroudovité) na jemnozrnnou (rekonstituovaný jíl) je závislá na čase, stupni nasycení a napětí. Přeměna struktury vnitřní výsypky dolu Bílina vlivem napětí je zkoumána pomocí dvou fyzikálních modelů výsypky s redukovanou zrnitostní distribucí hrud. Změna stlačitelnosti a hydraulické vodivosti modelů je testována při zvyšujícím se napětí ve velké triaxiální komoře. Zkoušky na neporušených vzorcích poskytly doplňující informace o mechanickém chování překonsolidované zeminy, tvořící jednotlivé hroudy. Cílem zkoušek na rekonstituovaném materiálu bylo stanovení referenčních hodnot pro charakterizaci výsypky s plně degradovanou původní strukturou. Výsledky ukázaly, že hydraulická vodivost nasycené výsypky nelineárně klesá v souvislosti s postupně se uzavírajícími makropóry. Při vertikálním efektivním napětí 540 kPa se hodnota hydraulické vodivosti dostane na hodnotu hydraulické vodivosti rekonstituované zeminy. Makropóry jsou pak...