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1 GeM - Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique

Abstract : Internal erosion is one of the main causes of instabilities within hydraulic earth structures dike, levee, dam,



The occurrence of breach in new structures underlines the urgency to quantify phenomena induced by internal erosion. Entrainment and migration of some particles under flow affect the porosity and grain size distribution, which change the hydraulic and mechanical characteristics. These phenomena in sand-clay soils are not sufficiently understood. Therefore, we focus this study on this type of soils that are frequently present in earth structures. Preliminary tests are performed to show and to quantify the influence of four parameters volumic weight, kaolinite percentage, hydraulic gradient and filter pore opening size. These tests permit to validate the choice of these parameters, and to define a device and an experimental procedure. The realized experimental device consists of three modified triaxial cells that allow to control the confining pressure, to prevent any parasitic flow and to follow great deformations of samples. Downward flow under constant hydraulic gradient is applied to the samples. A computer performs automatically: flow, confining pressure, eroded mass, volume variation of samples and effluent concentration. A confrontation between a study present in bibliography and performed tests permits to validate the experimental procedure. Thanks to a parametric study, we identify a minimal value of hydraulic gradient to initiate the suffusion of clay. This critical value increases with the percentage of kaolinite and the confining pressure. When the hydraulic gradient reaches a second critical value, the backward erosion of sand accompanies the migration of clay. This erosion induces a piping and finally the samples collapse. The increasing of kaolinite percentage and the decreasing of confining pressure induce an increasing of this critical hydraulic gradient. The influence of sand characteristics on piping has been also shown up.We propose a first 1D numerical modelling of suffusion; this model allows to represent the evolution of effluent concentration and eroded mass.This work permits to define interesting perspectives of theoretical or experimental research.

Résumé : L-érosion interne est l-une des principales causes des instabilités d-ouvrages hydrauliques en terre digue, levée, barrage



Les désordres constatés sur des ouvrages récents soulignent la nécessité d-une meilleure compréhension et quantification des phénomènes qui régissent l-érosion interne. L-entraînement et le transport de grains par les écoulements internes affectent la distribution granulométrique, modifient la porosité ainsi que les caractéristiques mécaniques et hydrauliques. L-actuelle méconnaissance de ces phénomènes dans les sols sablo-argileux, très fréquents dans les ouvrages, nous a conduit à privilégier l-étude du comportement de ces milieux. Une étude préliminaire de visualisation et de quantification de l-influence de quatre paramètres poids volumique, gradient hydraulique, pourcentage d-argile et ouverture des pores du filtre nous a permis d-une part de valider leur choix et d-autre part de définir un protocole et un prototype expérimentaux adaptés. Le banc expérimental ainsi réalisé, permet de consolider et de confiner les échantillons en évitant tout écoulement parasite. Les échantillons sont soumis à un écoulement descendant sous gradient hydraulique constant. L-acquisition des données est automatisée afin de suivre continûment le débit d-eau injecté, les variations volumiques des échantillons, la masse et la concentration d-argile de l-effluent. Après validation de l-expérimentation par reproduction puis confrontation avec une étude présente dans la littérature, nous réalisons des essais paramétriques. Ces expérimentations mettent en évidence l-existence d-un seuil de gradient hydraulique pour la suffusion d-une fraction de l-argile, qui s-accroît avec le pourcentage d-argile et la pression de confinement. Nous constatons l-existence d-un second seuil au delà duquel la migration d-argile s-accompagne de l-érosion régressive de sable, ce qui induit un renard et finalement l-effondrement de l-échantillon. Ce seuil augmente avec le pourcentage d-argile mais décroît avec la pression de confinement. L-influence des caractéristiques du sable sur le renard est également mise en évidence.Nous proposons une première modélisation numérique 1D de la suffusion qui permet de représenter l-évolution de la concentration en argile de l-effluent et de la masse érodée. Ce travail permet également d-ouvrir d-intéressantes perspectives de recherche théorique ou expérimentale.

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Keywords : Geotechnics saturated sand-clay soils flow confining experimental device internal erosion piping modelling

Mots-clés : modélisation sols sablo argileux saturés Géotechnique écoulement confinement système expérimental expérimentation érosion interne suffusion renard modélisation.





Autor: Fateh Bendahmane -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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