Abstract Transport parameters (diffusion coefficients, D(), hydraulic conductivities, K(), and retardation factors, Rf were experimentally determined in unsaturated soil, gravel, bentonite, and whole rock over a wide range of water contents, fixed at desired levels using the Unsaturated Flow Apparatus (UFATM). Effective diffusion coefficients in all media were found primarily to be a function of volumeric water cintent () and not material characteristics, except where the characteristics affect or determine water content. At high water contents, D() gradually declines as water content decreases, from 10-5cm2/s at a of about 50% to 10-7cm2/s at a of about 5%, followed by a sharp decline as surface films become thin and discontinuous, and pendular water elements become very small, from 10-7cm2/s at a of about 5% to 10-10cm2/s at a of about 0,5%. The several whole rock cores studied behaved similary. In aggregate material such as gravel and soil where the particles themselves have significant porosity, only the surface water content, not the internal water of the particles, contributes to the diffusion coefficient and hydraulic conductivity under unsaturated conditions, although the internal water is very important in retardation and other chemical effects. Experimentally determined K() compares favorably to van Genuchten/Mualem relationships calculated from laboratory-determined water retention versus matric potential data obtained on the same soils. Experimentally determined K() for whole rock appears to validate capillary bundle theory.
Rsum. Diffusion et coulement dans les graviers, les sols et les roches. Les paramtres de flux (coefficient de diffusion, D(), conductivit hydraulique, K(), et facteur de retard, Rf) ont t dtermins exprimentalement dans des formations non satures (sol, gravier, benthonite et roche consolide) pour une large gamme de tenneurs en eau (); ces teneurs en eau ont t ajustes aux valeurs dsires grce un dispositif spcial fournissant un coulement non satur (UFATM). Les rsultats montrent que les coefficients de diffusion efficace de tous ces milieux sont dabord fonction de la teneur volumique en eau et non des caractristiques du materiau, sauf lorsque ces caractristiques affectent ou dterminent la teneur en eau. Pour les fortes teneurs en eau, D() dcroit progressivement avec la teneur en eau, de 10 5 cm2/s pour un de 50% jusqu 107 cm2/s pour environ 5%. Lorsque les films deau deviennent minces et discontinus et lorsque la fraction deau gravitaire devient trop faible, D() diminue trs brutalement de 107 cm2/s pour un de 5% 1010 cm2/s pour un de 0,5%. Plusieurs roches consolides, testes sur carottes, se comportent de la mme faon. Dans les agrgats, comme les graviers et les sols, o les particules possdent une porosit propre, seule la teneur en eau intergranulaire, et non leau de lintrieur des particules, contribue la valeur du coefficient de diffusion et la conductivit hydraulique, dans des conditions non satures, bien que leau intragranulaire joue un rle trs important quant au retard et aux autres effets chimiques. Les Valeurs de K() dtermines exprimentalement montrent un bon accord avec les relations de van Genuchten/Mualem calcules partir des teneurs en eau de rtention, dtermines au laboratoire en fonction du potentiel matriciel obtenu sur les mmes sols. Les valeurs exprimentales de K() pour des roches consolides semblent valider la thorie du faisceau capillaire.