Micromechanical Study of Capillary Regime Transitions in Partially Saturated Granular Soilss - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Micromechanical Study of Capillary Regime Transitions in Partially Saturated Granular Soilss

Étude micromécanique de la transition des régimes hydriques dans les sols granulaires partiellement saturés

Résumé

Earthen dikes play a vital role in safeguarding coastal communities from flooding events. Typically constructed by compacting granular soils under unsaturated conditions, capillarity confers them with additional strength to resist potential failure against these events that generally involve large hydraulic gradients. On the other hand, shallow unsaturated regions in both upstream and downstream of the dike are also being continually subjected to drying and wetting cycles due to fluctuating conditions such as heatwaves, low tides, intense rainfall, and high tides, all tied to the phenomenon of Climatic Change. The drying and wetting cycles lead to changes in moisture content that will adversely impact the mechanical strength and deformation behaviors of the dikes to eventually cause their collapse. One of the characteristics of this type of failure originates in the changes in both the pore and fluid structures within the unsaturated soil. As alluded to above, the physics of the problem resides at the pore and grain scales. Thus, this Ph.D. work is dedicated to studying the microstructure of unsaturated soils across the entire range of saturation levels. By combining two mesoscale models, namely the Discrete Element Method (DEM) for modeling solid particle interactions with the phase-field-based Lattice Boltzmann Method (LBM) for capturing the formation of air-water capillary bridges within a Representative Elementary Volume (REV), we can gain a deep understanding of the intricate mechanics governing unsaturated soils.
Les digues en remblai jouent un rôle crucial dans la protection des communautés côtières contre les inondations. En général, elles sont construites à partir de matériaux granulaires compactés et se trouvent souvent dans des conditions de saturation partielle, ce qui confère à leurs matériaux une certaine cohésion bénéfique pour leur résistance mécanique. Cependant, lorsque ces matériaux granulaires, situés à la surface de la digue, sont exposés à des cycles de séchage et de mouillage, typiquement provoqués par la variation de pression entre l'amont et l'aval de la digue, elles peuvent devenir vulnérables. Ces fluctuations sont généralement causées par plusieurs facteurs, notamment des précipitations intenses et des canicules, les cycles de marées hautes et marées basses ou les tempêtes. Ces phénomènes deviennent, malheureusement, de plus en plus fréquents dans un contexte de changement climatique. Plus précisément, ce travail de thèse est consacré à l’étude microstructurale des matériaux non-saturés pour des degrés de saturation variables. Pour ce faire, nous proposons un couplage entre la méthode aux éléments discrets dite DEM pour simuler le squelette solide en forme de particules sphériques et la méthode de Boltzmann sur réseau dite LBM afin de modéliser les ponts capillaires eau-air entre les particules solides. Grâce à cette modélisation à pointe de l'état de l'art, nous pourrons mettre en évidence les mécaniques complexes à l'œuvre dans les matériaux granulaires partiellement saturés.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04548392 , version 1 (16-04-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04548392 , version 1

Citer

Nabil Younes. Micromechanical Study of Capillary Regime Transitions in Partially Saturated Granular Soilss. Civil Engineering. Université de La Rochelle, 2023. English. ⟨NNT : 2023LAROS029⟩. ⟨tel-04548392⟩
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