Impact de l’érosion interne sur la stabilité d’une digue : approche innovante par modélisation multiphysique de l’aléa

Farid Laouafa (1) , Jie Yang (1) , Zhen-Yu Yin (2) , Pierre-Yves Hicher (2)

1 INERIS - Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques
2 ECN - École Centrale de Nantes

A numerical model has been developed for internal erosion. It is based on the approach of continuous porous media. The soil skeleton saturated by a pore fluid (water) is treated as the superposition of four constituents in interaction: solid skeleton, erodible fines, fluidized particles and fluid. The detachment and transport or advection of fine particles are modeled by the mass exchange between solid and fluid phases. In order to take into account the influence of the change in void ratio induced by internal erosion on the soil skeleton, a critical state based constitutive model is used to calculate the effective stress-strain response of the soil skeleton. This coupled hydro-mechanical analysis is applied to study the impact of erosion on a dyke. The numerical simulations show the progressive development of internal erosion within the foundation of the dyke. The effect of the mechanical degradation due to internal erosion is demonstrated by evaluating the factor of safety of the dyke slope by means of the shear strength reduction method

L’érosion interne est un processus hydrodynamique responsable de l’arrachement de particules et de leur transport dans les ouvrages hydrauliques tels que les barrages, les digues et leur fondation. Les ruptures par érosion interne et par renard hydraulique représentent un peu plus de la moitié des ruptures des ouvrages hydrauliques. Elles peuvent toucher aussi bien la fondation que le remblai, y compris le noyau étanche. Ce phénomène a fait l’objet par le passé de nombreux essais de laboratoire et de modélisations numériques. Cependant, la plupart des modèles numériques mis en oeuvre sont trop simplifiés d’un point de vue du comportement mécanique des sols et des ouvrages car ils sont fondés sur l’hypothèse d’un comportement élastique linéaire du sol et ne prennent pas en compte un comportement réel plus réaliste qui peut être mieux approximé en élastoplasticité. De ce fait, les travaux menés ont conduit à développer et mettre en oeuvre un modèle hydromécanique couplé pour l’érosion interne en assimilant le sol à un milieu poreux continu. Dans cette approche, le squelette du sol saturé par un fluide (eau) est traité comme la superposition de quatre constituants qui interagissent. L’érosion interne du squelette du sol et le transport des fines (particules de petite taille, érodables et transportables par l’eau interstitielle) sont modélisés par un transfert de masse entre les phases solide et fluide. La relation contrainte-déformation (i.e. le modèle de comportement de la matrice de sol) pour le squelette solide est calculée à l’aide d’un modèle constitutif basé sur l’état critique qui peut prendre en compte la dégradation progressive des propriétés mécaniques du sol induite par l’érosion interne. Les développements théoriques et numériques ont été implémentés dans un code de modélisation numérique par éléments finis. On dispose ainsi d’un outil intéressant qui permet in fine d’évaluer l’influence de l’érosion interne sur la stabilité d’un ouvrage hydraulique en calculant le facteur de sécurité compte tenu de la réduction de la résistance des matériaux

Domaines: Sciences de la Terre

Farid Laouafa, Jie Yang, Zhen-Yu Yin, Pierre-Yves Hicher. Impact de l’érosion interne sur la stabilité d’une digue : approche innovante par modélisation multiphysique de l’aléa. Rapport Scientifique INERIS, 2018, 2017-2018, pp.46-47. ⟨ineris-02044870⟩