Contribution to the study of mass transfert and of rheology for unsaturated soils at different temperatures
Contribution à l'étude du transport de matière et de la rhéologie dans les sols non saturés à différentes températures
Résumé
The results of this research concern three aspects:
The theoretical aspect (part I) presents a general modelling of thermo-hydro-mechanical behaviour of unsaturated soils. The description takes into account skeleton deformation, liquid and gas phase's filtration, vapour diffusion, heat conduction and liquid-vapour phase change. This modelling is used to describe the water transport in unsaturated soils by favouring the three phenomena of liquid filtration, vapour diffusion and liquid-vapour phase change.
The instrumental aspect (part II) concerns the realization of sorption device and Richard's cell in temperature. These materials allow to realize desaturation experiments and to determine soil-water characteristic curve. Another aspect concerns the development of a thermal triaxial apparatus by adding a specific instrumentation more adapted to study the thermo-hydro-mechanical behaviour of unsaturated soils.
The experimental aspect is double. The first (part III), concerning desaturation study and characteristic curve determination of a plastic clay and a clayey silty sand at 20°C and 60°C, allows to determine a liquid phase transport coefficient. The second (part IV) is related to the representation of yield surfaces in the case of unsaturated clayey silty sand at different temperatures. This yield surface presents a thermo-extensive nature of which a modelling and a physical interpretation are proposed.
The theoretical aspect (part I) presents a general modelling of thermo-hydro-mechanical behaviour of unsaturated soils. The description takes into account skeleton deformation, liquid and gas phase's filtration, vapour diffusion, heat conduction and liquid-vapour phase change. This modelling is used to describe the water transport in unsaturated soils by favouring the three phenomena of liquid filtration, vapour diffusion and liquid-vapour phase change.
The instrumental aspect (part II) concerns the realization of sorption device and Richard's cell in temperature. These materials allow to realize desaturation experiments and to determine soil-water characteristic curve. Another aspect concerns the development of a thermal triaxial apparatus by adding a specific instrumentation more adapted to study the thermo-hydro-mechanical behaviour of unsaturated soils.
The experimental aspect is double. The first (part III), concerning desaturation study and characteristic curve determination of a plastic clay and a clayey silty sand at 20°C and 60°C, allows to determine a liquid phase transport coefficient. The second (part IV) is related to the representation of yield surfaces in the case of unsaturated clayey silty sand at different temperatures. This yield surface presents a thermo-extensive nature of which a modelling and a physical interpretation are proposed.
Les résultats de cette recherche concernent trois volets :
Le volet théorique (partie I) présente une modélisation générale du comportement thermo-hydro-mécanique de sols non saturés. Le modèle prend en compte la déformation du squelette, la filtration des phases liquide et gazeuse, la diffusion de vapeur, la conduction de chaleur et le changement de phase liquide-vapeur. Cette modélisation est utilisée pour décrire le transport d'eau dans un sol non saturé en favorisant les phénomènes de filtration de liquide, de diffusion de vapeur d'eau et de changement de phase d'eau liquide-vapeur.
Le volet instrumental (partie II) porte sur la réalisation d'un banc de sorption et d'un dispositif de type plaque de pression en température. Ces matériels permettent de réaliser des essais de désaturation et de déterminer la courbe caractéristique sol-eau. Un autre aspect concerne la rénovation d'un appareil triaxial thermique en le dotant d'une instrumentation plus adaptée à l'étude du comportement thermo-hydro-mécanique de sols non saturés.
Le volet expérimental est double. Le premier aspect (partie III), relatif à l'étude de la désaturation et à la détermination de la courbe caractéristique d'une argile plastique et d'un sable limoneux argileux à 20°C et 60°C, porte sur la détermination d'un coefficient de transport en phase liquide. Le second aspect (partie IV) s'intéresse à la représentation de surfaces de charge dans le cas du sable limoneux argileux non saturé à différentes températures. Cette surface de charge présente un caractère thermo-extensif dont on propose une modélisation et une interprétation physique.
Le volet théorique (partie I) présente une modélisation générale du comportement thermo-hydro-mécanique de sols non saturés. Le modèle prend en compte la déformation du squelette, la filtration des phases liquide et gazeuse, la diffusion de vapeur, la conduction de chaleur et le changement de phase liquide-vapeur. Cette modélisation est utilisée pour décrire le transport d'eau dans un sol non saturé en favorisant les phénomènes de filtration de liquide, de diffusion de vapeur d'eau et de changement de phase d'eau liquide-vapeur.
Le volet instrumental (partie II) porte sur la réalisation d'un banc de sorption et d'un dispositif de type plaque de pression en température. Ces matériels permettent de réaliser des essais de désaturation et de déterminer la courbe caractéristique sol-eau. Un autre aspect concerne la rénovation d'un appareil triaxial thermique en le dotant d'une instrumentation plus adaptée à l'étude du comportement thermo-hydro-mécanique de sols non saturés.
Le volet expérimental est double. Le premier aspect (partie III), relatif à l'étude de la désaturation et à la détermination de la courbe caractéristique d'une argile plastique et d'un sable limoneux argileux à 20°C et 60°C, porte sur la détermination d'un coefficient de transport en phase liquide. Le second aspect (partie IV) s'intéresse à la représentation de surfaces de charge dans le cas du sable limoneux argileux non saturé à différentes températures. Cette surface de charge présente un caractère thermo-extensif dont on propose une modélisation et une interprétation physique.