Centrifuge modelling of wet deep mixing processes in soft clays

Abstract

This paper assesses the feasibility of studying wet deep mixing processes using centrifuge modelling. The scaling relationships relevant to modelling of the deep mixing were first established, and the likelihood of satisfying them in centrifuge modelling was then examined. The relationships between most of the significant forces in deep mixing processes can be satisfied using centrifuge modelling, with the exception of the Reynolds number. The latter cannot be preserved, owing to the non-Newtonian characteristics of cement slurry as well as of the soil-cement mix. However, viscosity scale effects can be mitigated by using a liquid tracer of lower viscosity in place of cement slurry. Deep mixing model tests were conducted to examine the effects of viscosity of the tracer, density of the tracer and work done in mixing. Comparison between 1g and centrifuge model test results shows that the former results have significantly poorer mixing quality than the latter. This can be attributed to the larger viscous forces relative to the other forces, in the 1g models. Lowering the viscosity of the tracer, increasing the work done in mixing and minimising density differences between soil and slurry can all contribute to enhancing the quality of mixing. The effect of density differences between soil and slurry was shown to be a possible reason for the large variation in reported field unconfined compressive strength as the water-cement ratio increases. Cet article évalue la possibilité d'étudier les processus de mélange humide en profondeur à l'aide de la modélisation en centrifugeuse. Les relations à l'échelle appropriées à la modélisation du mélange en profondeur ont tout d'abord été établies, et la probabilité d'y satisfaire par la modélisation en centrifugeuse a ensuite été examinée. La modélisation en centrifugeuse permet de ré pondre aux relations entre la plupart des forces significatives intervenant dans les processus de mélange en profondeur, sauf pour le nombre de Reynolds. Ce dernier ne peut être préservé, en raison des caractéristiques non newtoniennes du coulis de ciment de même que celles du mélange sol-ciment. Cependant, les effets à l'échelle de la viscosité peuvent être atténué s au moyen d'un traceur liquide de plus faible viscosité utilisé au lieu du coulis de ciment. Des essais de modélisation de mélange profond ont été réalisés pour étudier les effets de la viscosité et de la densité du traceur ainsi que le travail mis en oeuvre en mélangeant. La comparaison entre les résultats des tests à 1g et en centrifugeuse montre que le premier modèle offre une qualité de mélange significativement plus faible que ce dernier. Les forces de viscosité plus importantes en rapport aux autres forces dans les modèles à 1g peuvent expliquer cette observation. Les facteurs de réduction de la viscosité du traceur, d'augmentation du travail mis en oeuvre en mélangeant et de minimisation des différences de densité entre le sol et le coulis peuvent tous contribuer à améliorer la qualité du mélange. Il a été démontré que les différences de densité entre le sol et le coulis peuvent être la raison de la forte variation dans la résistance en compression simple du terrain obtenue lorsque le rapport eau-ciment augmente.