Le rôle du fluide dans la liquéfaction sismique : étude théorique, numérique et expérimentale

The role of the fluid in seismic liquefaction : theoretical, numerical and experimental study

• Auteur / Autrice : Cécile Clement
• Direction : Renaud Toussaint
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique
• Date : Soutenance le 13/09/2016
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique du globe (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Gerhard Schäfer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ernesto Altshuler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Vidal, Knut Jørgen MÅLØY

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sables mouvants

Simulation par ordinateur

Modèles mathématiques

Mécanique des fluides

Séismes

Sols -- Saturation en eau

Mots clés libres

Liquéfaction des sols

Milieu granulaire

Modèle numérique

Flux et transports en milieux poreux

Soil liquefaction

Granular media

Numerical model

Flow and transport in porous media

Résumé

La liquéfaction des sols s'observe lors de forts séismes dans des zones saturées en eau et peut causer un enfoncemenl des bâtiments dans le sol. On propose ici un nouveau modèle qui explique de nombreux cas de liquéfaction incompris jusque là. Un modèle analytique de milieu granulaire a été conçu avec une sphère modélisant un bâtiment. Le milieu est soumis à une oscillation horizontale et on caractérise l'état liquéfié par l'amplitude d'enfoncement de la sphère. On suppose que la liquéfaction a lieu lorsque la secousse permet aux grains du milieu de glisser les uns sur les autres. La fenêtre d'accélération permettant ce glissement dépend de la hauteur d'eau dans le milieu, du coefficient de frottement et de la densité du matériau. Les expériences et les simulations numériques réalisées confirment nos prédictions précédentes, caractérisent la micromécanique des milieux liquéfiés, expliquent la vitesse de pénétration de la sphère et ouvrent des pistes pour l'étude des sables mouvants.

Sail liquefaction happens during important earthquakes in water-saturated zones and can make the buildings sink in the soil. A new model explaining many occurences of liquefaction we cannot understand yet is presented in this paper. A new analytical model of granular medium, with a sphere representing a building, has been developed. A horizontal oscillation is applied on the medium. The penetration rate of the sphere then caracterizes the liquefaction state of the modeled soil. We suppose that liquefaction happens when the shaking makes the grains slide against one another. The interval of acceleration allowing this sliding depends on the water height in the medium, on the friction coefficient and on the material density. Experiments and numerical simulations have been carried out. They confirmed our previous predictions, they caracterize the micromecanics of liquefied media, they explain the penetration speed of the sphere and they suggest perspectives to study quicksands.