Étude du cisaillement des matériaux granulaires homogènes et hétérogènes par expérimentation et simulation de l'essai triaxial

Study of shear behavior of homogeneous and heterogeneous granular materials by experimentation and simulation of the triaxial test

• Auteur / Autrice : Kai Wu
• Direction : Sébastien Rémond, Nor-Edine Abriak, Patrick Pizette, Frédéric Becquart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 04/03/2015
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCgE - Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement
• Partenaire(s) de recherche : École d'ingénieurs : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord ; 1878-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Problèmes aux limites

Milieux hétérogènes (physique)

Milieux granulaires

Simulation par ordinateur

Essais

Cisaillement (mécanique)

Mots clés libres

Billes (matériau)

Méthode des éléments discrets

Essai triaxial

Résumé

Ce travail de recherche a pour objectif d’étudier le comportement au cisaillement des matériaux granulaires homogènes et hétérogènes par l’essai triaxial. Les travaux sont réalisés sur des billes de verre et comportent à la fois des essais triaxiaux de laboratoire et des simulations numériques en DEM (Discret Element Method). D’un point de vue expérimental, les essais sont tout d’abord réalisés sur des échantillons homogènes (billes monodisperses). Ensuite, on étudie des systèmes de billes monodisperses comportant une inclusion de grande taille et des mélanges de billes bidisperses pour représenter les cas hétérogènes. D’un point de vue numérique, une condition limite cylindrique paroi rigide, basée sur la formule de Lamé, est intégrée dans un code aux éléments discrets existant. Une série de procédures est proposée afin de modéliser l’essai triaxial dans des conditions comparables aux essais. Les résultats numériques et expérimentaux sont ensuite comparés, à la fois pour les systèmes monodisperses et pour les milieux hétérogènes. Le modèle numérique permet de reproduire de manière très satisfaisante la courbe déviatorique dans toutes les conditions expérimentales utilisées. Il permet également de décrire correctement les déformations volumiques de l’échantillon, malgré la simplicité de la condition aux limites utilisée. L’outil numérique développé constitue ainsi un complément intéressant aux essais expérimentaux. Il permet en effet d’étudier l’influence de paramètres micromécaniques sur le comportement global des matériaux.

This research work aims at studying the shear behavior of homogeneous and heterogeneous granular materials by triaxial test. The work is performed on glass beads both in laboratory tests and by numerical simulations in DEM (Discrete Element Method). From an experimental point of view, tests are first performed on homogeneous samples (monodisperse beads), then expands to heterogeneous cases like monodisperse systems comprising a large inclusion and bidisperse mixtures. From a numerical point of view, a cylindrical rigid wall boundary condition, based on the Lamé formula is integrated into an existing discrete elements code. A series of procedures is proposed to model the triaxial test in conditions similar to experimental tests. The numerical and experimental results are compared both for monodisperse and heterogeneous systems. The numerical model can reproduce deviatoric curves very satisfactorily in all experimental conditions. It also allows describing correctly the volumetric strains of the sample despite the simplicity of the boundary condition used. The developed numerical tool is an interesting complement to experiment triaxial tests. It makes it possible to study the influence of micromechanical parameters on the overall behavior of materials.