Contribution des approches multi-échelles à la modélisation des glissements de terrains

On the contribution of multiscale approach to landslide modeling

• Auteur / Autrice : Zeyong Liu
• Direction : Francois Nicot, Olivier Millet, Antoine Wautier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie Civil et Sciences de l'Habitat
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2021
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Ingénierie Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements, Dynamiques et Territoires de la Montagne

Mots clés

Mots clés libres

Modèle H

Rupture

Couplage hydro-mécanique

H model

Soil failure

Hydro-mechanics coupling

Résumé

Le travail proposé porte sur l'analyse expérimentale et numérique du comportement de milieux poreux granulaires non saturés, tels que les sols. Par conséquent, une description et une modélisation précises des interfaces capillaires entre les trois phases sont nécessaires : solide (grains), liquide (eau) et gazeux (air). La géométrie de ces interfaces capillaires est décrite par l'équation de Young-Laplace (équation différentielle partielle non linéaire) qui inclut la pression capillaire. Les ponts capillaires ainsi créés induisent des forces de cohésion et contribuent ainsi à la stabilité des matériaux granulaires insaturés. Certains résultats récents obtenus à l'Université de La Rochelle (France) (Gagneux et Millet, 2014, 2017 ; Nguyen et al., 2018) permettent de calculer précisément et rapidement toutes les propriétés d'un pont capillaire entre deux grains. L'effet de la teneur en eau sur la stabilité du sol sera analysé dans le cadre général de la théorie du travail du second ordre (Nicot et al., 2012 ; Wan et al., 2017). On s'attend à ce que l'augmentation de la teneur en eau fasse s'étendre le domaine de bifurcation, et donc augmente la susceptibilité du sol à la rupture. Tout d'abord, l'échelle élémentaire du VER sera considérée, afin d'évaluer l'efficacité de cette approche, et d'en tirer les premières conclusions à l'échelle du point matériel. Pour cela, les concepts classiques de l'analyse directionnelle seront utilisés (Wan et al., 2012). Ensuite, l'échelle de la pente sera considérée en utilisant un modèle basé sur la micromécanique (modèle 3D-H), qui s'est avéré bien adapté pour incorporer la présence de ménisques fluides dans différents régimes de saturation. Ce modèle constitutif est maintenant implémenté dans plusieurs logiciels de calcul FEM tels que Abaqus. Cette plate-forme de calcul sera utilisée pour traiter la stabilité des pentes à des fins d'ingénierie avec différentes conditions de saturation.

The proposed work deals with experimental and numerical analyses of the behaviour of unsaturated granular porous media, such as soils. Therefore, accurate description and modeling of capillary interfaces between the three phases is required: solid (grains), liquid (water), and gas (air). The geometry of theses capillary interfaces is described by the Young-Laplace equation (nonlinear partial differential equation) that includes the capillary pressure. The capillary bridges thus created induce cohesion forces and so contribute to the stability of unsaturated granular materials. Some recent results obtained in La Rochelle University (France) (Gagneux and Millet, 2014, 2017; Nguyen et al., 2018) make it possible to calculate accurately and rapidly all properties of a capillary bridge between two grains. The effect of water content on soil stability will be analyzed in the general framework of the second- order work theory (Nicot et al., 2012; Wan et al., 2017). It is expected that the increase in the water content will make the bifurcation domain expand, and therefore the soil more prone to fail. First, the specimen scale will be considered, in order to assess the efficiency of this approach, and derive first basic conclusions. For this purpose, the classical concepts of directional analysis will be used (Wan et al., 2012). Second, the slope scale will be considered by using a micromechanically-based model (3D-H model), which was shown to be well adapted to incorporate the presence of fluid menisci in different saturation regimes. This constitutive model is now implemented in several FEM computational software such as Abaqus. This computational platform will be used to address slope stability for engineering purposes with different saturation conditions.