Rheological properties of sediment suspensions and their implications

Abstract

The rheological properties of sediment suspensions were investigated. The suspension of fine sediment exhibited yield stress but the suspension of coarse sediment did not. The difference was mainly because of their different mineral composition rather than diameter. Some clay suspensions exhibited thixotropy. therefore, the minimum head to siphon the suspensions after agitation was considerably smaller. to thixotropy, rheopexy or antithixotropy was observed for some clay suspensions. In hyperconcentrated flows, a phenomenon so called “stagnant layer” occurs. sometimes, which is attributed to the rheopectic characteristics. Cations had considerable effect on the rheological properties. At low clay concentrations clay suspension with Na⁺ exhibited higher yield stress than those with Ca⁺ and Mg⁺⁺. At high clay concentrations, however, clay, suspensions with divalent cation had much larger yield stress and rigidity coefficient than those with monovalent cations. Hypenconcentrated clay suspension exhibited normal stres, too. The superelevation, when clay mud flowed through a bend, was much larger than the superelevation of water flow.

Résumé

L’article est consacré aux propértiés rhéologiques des suspensions sédimentaires. La suspension de sediments fins étudiee fait preuve de résistance élastique, tandis que la su pension de sédiment grossiers n’en montrepas. La différence vient principalement de la composition minéralogique différente, plutôt des écarts de diamètres. Certaines supenions d’argile montrent de la thixotropie, de sorte que la charge minimale pour siphoner de telles suspenions est considérablement diminuée après agitation. Contrairement it à la thixotropie, on a observé de la rhéopexie et de I’antithixotropie dan certaine suspension d’argile. Dan les écoulemets hyperconcentrés. un phénomène de ”couche tagnante“ apparaît parfoi, qui est atlribué aux caractéristiquesrhéopectiques. Les cation ont un effet considérable sur les propriétés rhéologiques. Aux faibles concentrations en argile. la suspension d’argile avec des ins Na⁺ montre une réistance éla tique plus forte que celie avec Ca⁺⁺ et Mg⁺⁺. Aux fortes concentrations en argile cependant, Ie suspenions d’argile avec des cationdivalents ont une résistance élatique et un coefficient de rigidité bien, supérieurs à ceux observés avec descations monovalents. Les suspensions hypercontrenlrées en argile monlrent égalemerit des rėsistance normales. Le dévers du plan d’eau pour un écoulement dans un coude est bien plus accusé pour un ėcoulement chargé en boue argileuse que pour un écoulemenl en eau claire.

Keywords::

• Rheology
• Clay suspension
• Yield stress
• Thixotropy
• Mineral composition
• Cations
• Superelevation
• Hyperconcentrated flow
• Stagnant layer