Field determination of the hydraulic conductivity of a compacted sand layer controlling water flow on an experimental mine waste rock pile

Des essais d’infiltration à petite échelle ont été réalisés sur une couche de contrôle des écoulements composée de sable et installée à la surface d’une halde à stériles expérimentale. La conductivité hydraulique de la couche de sable a été évaluée sur le terrain au moyen de trois approches expérimentales différentes: l’infiltromètre à simple anneau, l’infiltromètre à double anneaux et le perméamètre de Guelph. L’objectif était d’évaluer et de comparer l’applicabilité de ces approches afin d’estimer la conductivité hydraulique en place de la couche de sable. Les mesures ont été interprétées au moyen de modèles analytiques et de simulations numériques et les résultats comparés. Les différentes approches de terrain ont donné des conductivités hydrauliques relativement similaires lorsque les mesures ont été interprétés au moyen des solutions analytiques existantes; les valeurs obtenues avec le perméamètre de Guelph et l’infiltromètre à simple anneau étaient cependant légèrement plus élevées qu’avec l’infiltromètre à double anneau. Les conductivités hydrauliques obtenues par interprétation numérique étaient généralement plus faibles que celles obtenues analytiquement, mais les différences demeuraient faibles (facteur de 3 ou moins). Les modèles prédictifs utilisés dans cette étude, et validés à partir de mesures de laboratoire, ont également donné des valeurs de conductivité hydraulique saturée comparables. Les trois approches de terrain testées ici pourraient donc être utilisées indistinctement afin de mesurer la conductivité hydraulique de la couche de sable en place. Les simulations numériques présentent l’avantage de ne pas être basées sur des paramètres empiriques, mais nécessitent néanmoins une bonne connaissance de la courbe de rétention d’eau. L’étude a aussi montré que les modèles prédictifs employés donnaient de bons résultats à condition que l’indice des vides soit correctement déterminé; ces modèles doivent cependant être validés au moyen d’essais contrôlés, comme ce fut le cas ici.

Abstract

Small-scale infiltration tests were performed on a flow control layer made of compacted sand, installed at the surface of an experimental waste rock pile. The hydraulic conductivity of the sand layer was evaluated from a field investigation using three different testing methods: single-ring infiltrometer, double-ring infiltrometer and Guelph permeameter. The objective was to evaluate and compare the use of these techniques to assess the in-situ hydraulic conductivity of the sand layer. Results from analytical solutions and inverse numerical modelling were also compared. The field approaches gave fairly similar results when the measurements were interpreted with existing approximate solutions, although tests with the Guelph permeameter and single-ring infiltrometer led to slightly higher values of the hydraulic conductivity. The numerical interpretation generally gave lower values for the saturated hydraulic conductivity compared with those obtained analytically, but the differences remain within a factor of 3 or less. The predictive models used in this study, and validated with laboratory measurements, also gave comparable values for the saturated hydraulic conductivity. Any of the three testing methods applied here could, therefore, be used to evaluate the field hydraulic conductivity of the sand layer. Numerical simulations have the advantage of not relying on empirical parameters but require more work with a good estimate of the water retention curve. The investigation also showed that the predictive models used here gave reliable values for hydraulic conductivity when the void ratio was properly determined; such models should however be validated with controlled tests, as was the case here.