Characterization of suffusion susceptibility of granular soils

par Abdul Rochim

Thèse de doctorat en Sciences pour l’ingénieur, génie civil

Sous la direction de Didier Marot et de Luc Sibille.

Le président du jury était Moulay Saïd El Youssoufi.

Le jury était composé de Didier Marot, Luc Sibille, Moulay Saïd El Youssoufi, Stéphane Bonelli, Eric Vincens, Luc Thorel.

Les rapporteurs étaient Stéphane Bonelli, Eric Vincens.

  • Titre traduit

    Caractérisation de la sensibilité à la suffusion des sols pulvérulents


  • Résumé

    Une majeure partie des ruptures d’ouvrages hydrauliques en terre (digues, levées, ou barrages) est due aux mécanismes d’érosion interne. Parmi ces mécanismes, la suffusion mobilise la fraction fine des sols constituant l’ouvrage ou le sol de fondation. Ce phénomène est complexe car il combine trois processus : détachement, transport et l’éventuelle filtration d’une partie des grains transportés. Aucune classification de la sensibilité des sols à la suffusion n’est décrite dans la littérature. A l’aide d’un appareillage spécifique, une campagne d’essais de suffusion est menée. Une étude approfondie est également réalisée pour caractériser l’effet de l’historique de chargement hydraulique. L’analyse des résultats montre que les méthodes d’interprétation basées sur le gradient hydraulique ou sur la contrainte de cisaillement hydraulique ne permettent pas d’obtenir une caractérisation unique du processus de suffusion pour différents historiques de chargement hydraulique. La nouvelle analyse basée sur l’énergie dissipée par l’écoulement du fluide interstitiel permet la proposition d’une classification de sensibilité des sols à la suffusion. Des essais sur un modèle physique réduit de digue sont également réalisés. Les premiers résultats soulignent la possibilité d’aboutir à la même classe de sensibilité à la suffusion à l’échelle du modèle physique. Cette caractérisation expérimentale est complétée par des simulations numériques avec le code Plaxis. L’ensemble de ces travaux souligne la complexité des phénomènes mis en jeux et ouvre des perspectives de recherche sur l’applicabilité aux ouvrages des caractérisations réalisées en laboratoire.


  • Résumé

    Most of instabilities of hydraulic earth structures (dikes, levees or dams) are due to internal erosion processes. Among these processes, suffusion concerns the fine fraction from structure made of soils or from soil of foundations. This process is complex as it combines three processes: detachment, transport and possibly the filtration of some transported particles. No susceptibility classification for suffusion process exists in literature. Thanks to a specific device, a series of suffusion tests is performed. An advanced study is also realized about the effect of hydraulic loading history. The results show that methods characterizing the erosion susceptibility based on hydraulic gradient or rate of erosion don’t lead to a unique characterization of suffusion process for different histories of hydraulic loading. Thanks to a new analysis based on energy expended by the seepage flow to characterize the hydraulic loading, we propose a susceptibility classification for suffusion process. Some tests are performed with a small scale model of dike. First results show that it is possible to obtain the same soil susceptibility classification at the scale of this physical model. The experimental characterization is completed by some numerical simulations with Plaxis software. All these results highlight the complexity of studied processes and open the way to further research opportunities concerning the applicability to earth structures of laboratory characterizations of internal erosion.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (181 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.137-141

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