Caractérisation d’un modèle de sol constitué de billes de verre polydisperses pour l’étude des écoulements en milieu poreux

Céline Bouin, Yannic A. Ethier, Jean-Sébastien Dubé, Mohamed Chekired

In the proceedings of: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Soil and Rock Mechanics III

ABSTRACT: A research project has been undertaken by IREQ and ÉTS to revisit the problem of internal erosion in granular fill. The issues are being investigated on the basis of laboratory flow tests and with a numerical model in development at IREQ called SIMSOLS. In the first instance, a model of soil made of polydisperse spherical particles has been adopted in order to simplify comparisons between both approaches. Soda-lime glass beads have been used in laboratory tests. Therefore, it is required to characterize this idealized soil. This paper presents characterization data of the idealized soil used in terms of angle of repose, Atterberg limits, coefficient of restitution, Mohr-Coulomb parameters and permeability conditions. Characterization is required for data input in numerical models and also to assess the representative character of the idealized soil.

RÉSUMÉ: Un projet d™étude du problème d™érosion interne dans les remblais de sols pulvérulents a été entrepris par l™IREQ et l™ÉTS. Il implique d™une part des essais d™écoulement en laboratoire et d™autre part des modélisations numériques utilisant un outil appelé SIMSOLS. Afin de simplifier les comparaisons entre les résultats expérimentaux et numériques, les sols considérés par les deux approches sont constitués, dans un premier temps, de particules sphériques polydisperses. Des billes de verre sodocalciques sont en fait utilisées au laboratoire. Or, il convient de caractériser ce modèle de sol. Cet article traite de la caractérisation de ces sols modèles, en termes notamment de l™angle de repos, des limites de consistance, du coefficient de restitution, des paramètres Mohr-Coulomb et des conditions de perméabilité. La caractérisation est en outre nécessaire pour apprécier la représentativité du modèle de sol et pour l™obtention de données à utiliser dans les modèles numériques. 1 INTRODUCTION Depuis Terzaghi (1926), des critères ont été établis pour contrôler les problèmes d™érosion dans les ouvrages en remblais. Ce projet s™intéresse spécifiquement à l™érosion interne à l™intérieur d™un sol faisant partie de l™ouvrage. L™écoulement d™eau dans le milieu poreux exerce des forces qui peuvent produire une migration des particules fines à travers le réseau de pores, laissant en place les particules grossières du squelette de sol. Ce type de migration est appelé suffusion (Wan et Fell, 2004a). Les critères destinés à prévenir la suffusion sont généralement de nature granulométriques (Kenney et Lau, 1986; Lafleur et al., 1989; Sherard et Dunningan, 1989). Cet article s™inscrit dans le cadre plus large d™un projet de recherche qui vise à approfondir spécifiquement le problème de stabilité interne des sols pulvérulents composant les remblais du noyau d™un barrage ou d™une digue. Les critères existants pour déterminer si un sol est stable sont empiriques. Ils sont fonction soit de rapports des diamètres passant des particules fines et grossières du noyau (Sherard, 1979 ; Burenkova, 1993), soit de l™aspect de la courbe granulométrique (Kezdi, 1981 ; Kenney et Lau, 1985 et 1986). Or, Wan et Fell (2008) ont mis en évidence que l™occurrence d™érosion interne n™est pas toujours prédite correctement par les critères de stabilité de Sherard (1979), de Kenney et Lau (1985, 1986) ou de Burenkova (1993) en comparaison avec des essais d™écoulement réalisés en perméamètres (Wan et Fell, 2004a et 2008). En effet, certains sols jugés stables par les critères se sont avérés instables lors des essais d™écoulement alors que d™autres sols déterminés instables par les critères n™ont pas montré de migration lors des essais d™écoulement. De plus, d™après Indraratna et Locke (1999), des problèmes de robustesse des critères de stabilité sont dus au fait que chaque critère n™est défini que pour un nombre limité de points sur une courbe granulométrique alors qu™il faudrait plutôt prendre en compte l™ensemble de la courbe. Il paraît ainsi pertinent d™examiner la validité des critères de stabilité interne déjà cités. L™approche proposée intègre des modélisations physiques et numériques afin de mieux comprendre les phénomènes mis en cause lors de la suffusion. La modélisation numérique sera réalisée avec un outil numérique appelé SIMSOLS, en développement à l™Institut de recherche d™Hydro-Québec (IREQ) et qui utilise la méthode des éléments discrets. Cet outil traite du comportement des sols à l'échelle du pore et de la particule par une approche Eulérienne-Lagrangienne pour l™étude de l™interaction fluide-particules. L™ensemble du milieu est ainsi considéré. Les équations du fluide de Navier-Stokes, en formulation Eulérienne sont résolues par la méthode

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