Factors affecting drying and wetting soil-water characteristic curves of sandy soils Hong Yang, Harianto Rahardjo, Eng-Choon Leong, and D.G. Fredlund Abstract: Drying and wetting soil-water characteristic curves (SWCCs) for five sandy soils are investigated using a Tempe pressure cell and capillary rise open tube. The test data are fitted to two SWCC equations using a least-squares algorithm. The obtained fitting parameters and some hysteretic behaviour are discussed and correlated with grain-size distribution parameters. A concept of total hysteresis is proposed to quantify the hysteresis of SWCC. The measured SWCC for one soil is also compared with the SWCC estimated from its grain-size distribution. The SWCC was also obtained at a high dry density for one of the soils. The results show that the shapes of the SWCCs are similar to the grain-size distributions of the soils and are affected by the dry density of the soil. A coarse-grained soil has a lower air-entry value, residual matric suction, and water-entry value and less total hysteresis than a fine-grained soil. The re- sidual matric suction and water-entry value tend to approach the same value when the effective grain size D 10 of the soil is small, in the range of 3–6 mm. SWCCs of uniform soils have steeper slopes and less total hysteresis than those of less uniform soils. Soils with a low dry density have a lower air-entry value and residual matric suction than soils with a high dry density. The SWCC predicted from grain-size distribution is found to be sufficiently accurate. Key words: soil-water characteristic curve, water content, suction, hysteresis, grain size. Résumé : On a étudié les courbes caractéristiques sol-eau de mouillage et de séchage (SWCCs) au moyen de la cellule de pression Tempe et d’un tube ouvert d’ascension capillaire. Les données des essais ont été lissées à deux équations SWCC avec un algorithme des moindres carrés. On discute les paramètres de lissage et des comportements en hysté- rèse qui ont été mis en corrélation avec les paramètres de distribution granulométrique. Un concept d’hystérèse totale a été proposé pour quantifier l’hystérèse de la courbe SWCC. La courbe SWCC mesurée pour un sol a été aussi com- parée à la courbe SWCC estimée en partant de sa distribution granulométrique. La courbe SWCC a été aussi obtenue à une haute densité sèche pour un des sols. Les résultats montrent que les formes des courbes SWCC sont similaires aux distributions granulométriques des sols et sont affectées par la densité sèche du sol. Un sol à gros grains a des valeurs plus faibles de la pression d’entrée d’air, de la succion matricielle résiduelle, et de la valeur de pression d’entrée d’eau, et a moins d’hystérèse totale qu’un sol à grains fins. La succion matricielle résiduelle et la valeur d’entrée d’air tendent à s’approcher de la même valeur lorsque D 10 du sol est petit, d’environ 3 mm à 6 mm. Les courbes SWCC de sols uniformes ont des pentes plus abruptes et moins d’hystérèse totale que les sols moins uniformes. Les sols avec une densité sèche faible ont une valeur d’entrée d’air et de succion matricielle résiduelle plus faibles que les sols ayant une haute densité sèche. On a trouvé que la courbe SWCC prédite par la distribution granulométrique est suffisamment pré- cise. Mots clés : courbe caractéristique sol-eau, teneur en eau, succion, hystérèse, granulométrie. [Traduit par la Rédaction] Yang et al. 920 1. Introduction Numerous research works have demonstrated that the rela- tionship between the water content and matric suction of a soil (i.e., the soil-water characteristic curve, SWCC) is cen- tral to the behaviour of an unsaturated soil (e.g., Fredlund and Rahardjo 1993b; Barbour 1998). The SWCC can be re- lated to other properties describing the behaviour of the soil, such as the unsaturated coefficient of permeability (Fredlund et al. 1994) and the shear strength (Vanapalli et al. 1996). An SWCC relates the gravimetric water content, w , or vol- umetric water content, θ w (defined as the volume of water in the soil divided by the total volume of the soil, V w /V), to soil suction. The shape of the SWCC is a function of soil type. Typical drying and wetting SWCCs are illustrated in Fig. 1. The air-entry value, AEV or ψ a , is defined as the matric suc- tion at which air first enters the largest pores of the soil dur- ing a drying process (Brooks and Corey 1964, 1966). As matric suction is increased from zero to the AEV of the soil, the volumetric water content of the soil, θ w , is nearly con- stant. Then the water content steadily decreases to the resid- ual water content, θ r , as matric suction increases beyond the AEV. The residual water content is the water content at re- Can. Geotech. J. 41: 908–920 (2004) doi: 10.1139/T04-042 © 2004 NRC Canada 908 Received 5 September 2002. 15 March 2004. Published on the NRC Research Press Web site at http://cgj.nrc.ca on 6 October 2004. H. Yang, H. Rahardjo, 1 and E.-C. Leong. School of Civil and Environmental Engineering, Nanyang Technological University, Block N1, #A-03, 50 Nanyang Avenue, Singapore 639798. D.G. Fredlund. Department of Civil Engineering, University of Saskatchewan, SK S7N 5A9, Canada. 1 Corresponding author (e-mail: chrahardjo@ntu.edu.sg).