Thermal-mechanical modelling of an embankment along the Inuvik-Tuktoyaktuk Highway

ABSTRACT: An embankment was constructed in the Arctic to understand its behaviour where frozen soil was used as its fill material. Significant lateral displacements occurred in the summer following end-of-construction and temperatures in the embankment and permafrost foundation have been increasing due to warming air temperatures. A numerical model was developed in a commercially-available finite element software to simulate the thermal and mechanical behaviour of this embankment. The models in this numerical study were calibrated with four years of monitored temperature and displacement data from fully-instrumented embankments along the Inuvik-Tuktoyaktuk Highway in the Northwest Territories, Canada. Local environmental conditions were used as boundary conditions to show how displacements and temperatures develop in the embankment fill and foundation soil. The model results indicate that the warming air temperatures are contributing to the increase in displacements as the previous compacted frozen fill thaws. The monitored performance and model results presented will help improve the existing design guidelines for embankments in cold regions environment.

RÉSUMÉ: Un remblai a été construit dans l'Arctique pour comprendre son comportement lorsque le sol gelé était utilisé comme matériau de remblai. Des déplacements latéraux importants se sont produits au cours de l'été suivant la fin de la construction et les températures dans le remblai et les fondations du pergélisol ont augmenté en raison du réchauffement des températures de l'air. Un modèle numérique a été développé dans un logiciel d'éléments finis disponible dans le commerce pour simuler le comportement thermique et mécanique de ce remblai. Les modèles de cette étude numérique ont été étalonnés avec quatre années de données surveillées sur la température et le déplacement des remblais entièrement instrumentés le long de la route Inuvik-Tuktoyaktuk dans les Territoires du Nord-Ouest, au Canada. Les conditions environnementales locales ont été utilisées comme conditions aux limites pour montrer comment les déplacements et les températures se développent dans le remblai et le sol de fondation. Les résultats du modèle indiquent que le réchauffement des températures de l'air contribue à l'augmentation des déplacements à mesure que le remblai gelé compacté précédent dégèle. La performance surveillée et les résultats du modèle présentés aideront à améliorer les directives de conception existantes pour les remblais dans l'environnement des régions froides.