Hydraulic clogging as a remediation technique for eroded soils

Financements

Institut Carnot Eau et Environnement : appel à projet Ressourcement Scientifique 2021

Bourse doctorale CSC No. 20220700024

Durée du projet  : oct. 2022 - oct. 2025

Coordinateurs : Antoine WAUTIER (INRAE) et Nadia BENAHMED (INRAE)

Budget : 91 k€ (Institut Carnot)

Résumé

Des résultats de recherche récents mettent en évidence que la présence de grains faiblement contraints dans les matériaux granulaires a un impact positif sur leur stabilité mécanique. En particulier on citera la rupture par liquéfaction susceptible de se produire dans une digue ou un barrage en remblai en cas de crue (montée rapide du niveau d’eau impactant les pressions interstitielles) ou en cas de séisme. Le projet ClapMeca vise à explorer dans quelle mesure ces résultats peuvent être valorisés en envisageant une solution de confortement par injection de fines dans les matériaux
liquéfiables ou dégradés par érosion interne de type suffusion.

Les objectifs de ClapMeca sont de i) reproduire en laboratoire et par des simulations numériques le processus de clapage hydraulique et d’injection de matériaux fins dans un matériau plus grossier et lâche, ii) caractériser les conditions nécessaire à l'infiltration de grains fins et les évolutions de microstructure induites et iii) quantifier l'impact sur le potentiel de liquéfaction des matériaux traités.

Le clapage hydraulique est reproduit en laboratoire soit en disposant une couche de matériau fin sur une couche de  matériau plus grossier ; soit par la mise en suspension de grains fins dans l’eau d’écoulement. Les échantillons infiltrés sont testés mécaniquement via des essais triaxiaux, notamment en conditions non drainées afin de mettre tester si la présence de grains fins filtrés va améliorer la stabilité mécanique du matériau et limiter ainsi le risque de liquéfaction.

En parallèle des essais expérimentaux, le clapage hydraulique est simulé au moyen des simulations numériques couplées DEM-PFV. Ces simulations doivent permettre d'explorer plus finement les conditions d'infiltration des grains fins, leur piégage ainsi que leur contribution à la transmission des efforts mécaniques. En plus des essais mécaniques triaxiaux, la stabilité mécanique et la sensibilité à la liquéfaction est quantifiée grâce à l'application du critère du travail du second-ordre.

Equipe 

INRAE, Aix-Marseille Université, UMR RECOVER - Equipe Géomécanique Génie Civil Décision Risque (G2DR), Aix-en-Provence, France

• Antoine Wautier : Ingénieur chercheur IPEF en géomécanique (coordinateur)
• Nadia Benahmed : Chargée de recherche en géomécanique  (coordinatrice)
• Pierre Philippe : Directeur de recherche en géomécanique
• Abhijit Hegde : post-doctorant (24 mois, 2023-2024) "Experimental injection of fine grains and subsequent
  impacts on granular materials stability" 
• Fan Chen : doctorant (36 mois, 2022-2025) "Investigation of fine-grain injection method as the remediation
  of the mechanical stability for granular materials subjected to suffusion".
• Alexis Doghmane : ingénieur d'études 
• Faustine Byron : assistant ingénieur
• Yves Grémaux : technicien

Université Savoie Mont-Blanc, Laboratoire EDYTEM, Le Bourget-du-Lac, France

• François Nicot : Directeur de recherche en géomécanique

Produits de la recherche

Articles

Fan Chen, Antoine Wautier, Pierre Philippe, Nadia Benahmed, and François Nicot. Micromechanics of fine-grain infiltration in coarse grain sands. Acta Geotechnica, pages 1–16, 2024.

Actes de conférences

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Présentations dans des congrès

F. Chen, A. Hegde, A. Wautier, N. Benahmed, P. Philippe (2024). Fine grain dispersion behavior in 3D spherical packings: numerical and experimental investigations. IS-Grenoble 2024. (Poster)

A. Hegde, F. Chen, N. Benahmed, A. Wautier, P. Philippe (2024). Reinforcement of eroded granular materials through fine grain injection. IS-Grenoble 2024. (Oral presentation)

A. Hegde, N. Benahmed, A. Wautier, P. Philippe (2024). Altering the Macroscopic Behavior of Granular Materials by Adding Fines. 35th ALERT workshop, Aussois, France. (Poster)

F. Chen, A. Wautier, P. Philippe, F. Nicot (2024). Micromechanics of fine grain infiltration in coarse grain sands. IRN GeoMech annual meeting, 24-26 June, La Rochelle, France. (Oral presentation)

A. Hegde, N. Benahmed, A. Wautier, P. Philippe, A. Doghmane (2024). Experimental assessment of the mechanical stability of erodible soils injected with fines. 30th Annual Meeting of EWG-IE, 9-11 September 2024, Bologna, Italy. (Oral presentation)

F. Chen, A. Hegde, A. Wautier, N. Benahmed, P. Philippe (2024). Injecting fine grains into 3D spherical packing: numerical and experimental implications. 30th Annual Meeting of EWG-IE, 9-11 September 2024, Bologna, Italy. (Oral presentation)

F. Chen, A. Hedge, A. Wautier, N. Benahmed, P. Philippe, F. Nicot (2023). Numerical investigations of fine grain diffusion behavior in 3D spherical packing. 34th ALERT workshop, Aussois, France. (Poster).

A. Hedge, F. Chen, A. Wautier, N. Benahmed, P. Philippe (2023). Injection of fine grains and its subsequent impacts on soil stability. 29th Annual Meeting of of EWG-IE, 03-05 June 2023, Lyon, France. (Oral presentation)

Rapports de stage

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