Effets des fines non plastiques sur la rupture d’un remblai induite par la liquéfaction sous séisme : modélisation numérique et physique

Effect of non-plastic fines on the liquefaction-induced embankment failure during earthquake : centrifuge and numerical modeling

• Auteur / Autrice : Chedid Saade
• Direction : Luc Thorel, Zheng Li, Sandra Escoffier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 29/09/2023
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Gustave Eiffel (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Centrifugeuses Géotechniques
• Jury : Président / Présidente : Abdul Hamid Soubra
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Semblat, Ioannis Anastasopoulos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fines

Mots clés libres

Modèles réduits centrifugés

Modèle numerique

Remblai

Centrifuge modelling

Numerical modelling

Embankment

Résumé

L’étude du comportement du rem- blai et de sa sécurité dans les zones liquéfiable est un sujet important, tout comme la compré- hension des effets des fines particules sur la li- quéfaction des sols qui demeure contradictoire. Dans ce contexte, l’objectif général est de com- prendre le comportement des remblais suite à la liquefaction du sol de fondation en considérant la présence de fines non-plastiques dans le sol li- quéfiable. Les travaux de recherche sont basés sur deux volets : une étude expérimentale et une étude numérique, ont été entreprises. Une série de modèles réduits centrifugés reproduisant un remblai construit sur un sol liquéfiable a été étu- diée. Le sol liquéfiable dans ces modèles a été préparé par un mélange de sable et de fines non plastiques (HN31-C500) avec différentes teneurs en fines (0%, 5% et 10%). En parallèle, une simu- lation numérique par éléments finis a été élabo- rée par le code de simulation Opensees et en uti- lisant la loi de comportement PM4Sand. L’étude expérimentale et numérique montrent que : 1) la liquefaction a eu lieu dans la zone sous la sur- face libre plutôt que sous le remblai et 2) le rem- blai a subi des tassements au sommet et des déplacements latéraux à la base. De plus, elles montrent que la présence des particules fines non-plastiques entraîne : 1) l’augmentation de la résistance du sol et la réduction de l’intensité de la liquefaction et 2) la diminution de l’intensité des déformations du remblai.

Investigating the behavior of embank- ment and ensuring its safety in liquefiable zones is an important topic, as is understanding the ef- fects of fines on soil liquefaction, which remain unclear and contradictory. Therefore, the goal is to study the behavior of the embankment rest- ing on the liquefiable sand ground taking into ac- count the presence of non-plastic fines. The tech- nical approach combines experimental and nu- merical methods. A series of centrifuge model tests, reproducing an embankment constructed on liquefiable soil, has been conducted. The liq- uefiable soil in these models was prepared by a mixture of sand and non-plastic fines (HN31- C500) with varying fine contents (0%, 5%, and 10%). In parallel, a numerical simulation using fi- nite element analysis was carried out using the OpenSees simulation code and PM4Sand con- stitutive model. The experimental and numerical studies show that: 1) liquefaction occurred under the free surface rather than under the embank- ment, and 2) the embankment experienced set- tlement at the crest and lateral displacements at the base. Furthermore, they demonstrate that the presence of non-plastic fine particles results in: 1) increased soil resistance and reduced lique- faction intensity, and 2) decreased deformation intensity of the embankment.