Modelling of the solid-fluid transition for geomaterials. Application to landslides.
Modélisation de la transition solide-fluide dans les géomatériaux. Application aux glissements de terrain
Résumé
Geomaterials are present in nature in many forms : solid soil or rock, soft clay, almost liquid mud, etc... Geomechanics deals with the understanding the solid behavior of geomaterials. However, solid ground can happen, under specific external conditions, to turn into fluid : as for example during mudflows or debris flows. In such a context, there are few numerical tools able of modeling the different phases of the behavior. Furthermore, it seems that there is, nowadays, no satisfactory constitutive model to describe such a transition.
Our work concerns, in a general way, solid-fluid transition in geomaterials behavior and the development of a constitutive model describing both the solid phase, fluid phase, and the transition between the two. In this framework, we chose to carry out calculations with the FEMLIP numerical method (Finite Element Method with Lagrangians Integration Points) which has shown a strong potential to describe a wide variety of behaviors (including history dependant behavior), in a unique model.
Having implemented and validated the first elasto-plastic law in Ellipsis (FEMLIP based code), we have introduced in this code the solid-fluid transition model. This last is based on the evolution, at the failure state detected by the second order work criterion, of the solid elasto-plastic behavior towards a viscous fluid behavior, exhibiting a yield stress.
After validation of the solid-fluid transition model in homogeneous cases (considering Plasol elasto-plastic law and Bingham viscous one), we applied this model to the modeling of Sarno and Quindici mudflows (Italy, 1998). The first models shows the possibility to describe the three phases of the flow (initiation, propagation and immobilization), and we could study the effect of various parameters on the stop against a protection work.
Les géomatériaux sont présents dans la nature sous des formes très diverses : sols et roches in situ solides, argiles ductiles, boues quasiment liquides, etc... La géomécanique s’intéresse à la compréhension du comportement solide des géomatériaux. Cependant, il arrive que sous l’effet de conditions extérieures particulières, des terrains initialement solides se transforment en fluides : c’est ce qui se produit par exemple lors de coulées de boues ou de débris. Dans un tel contexte, il existe peu d’outils numériques capables de modéliser les différentes phases du comportement. Il semble de plus, qu’il n’existe pas à ce jour de modèle constitutif satisfaisant pour décrire une telle transition.
Nos travaux s’intéressent de manière générale à la transition solide-fluide dans le comportement des géomatériaux, et à l’élaboration d’un modèle constitutif décrivant la phase solide, la phase fluide, ainsi que la transition entre les deux. Nous avons choisi dans ce cadre de mener les calculs en nous basant sur la méthode MEFPIL (Méthode aux Éléments Finis avec des Points d’Intégration Lagrangiens) qui a déjà montré de fortes potentialités pour décrire des comportements très variés (dont des comportements à variables d’histoire), dans un même modèle.
Après avoir implanté et validé la première loi élasto-plastique dans Ellipsis (code basé sur la MEFPIL), nous avons pu introduire dans ce code le modèle de transition. Celui-ci se base sur l’évolution du comportement solide élasto-plastique vers un comportement fluide, visqueux à seuil, et ce, au moment de la rupture matérielle détectée par le critère du travail du second ordre.
Après quelques applications du modèle de transition solide-fluide sur des cas simples et homogènes (en considérant la loi élasto-plastique Plasol et loi visqueuse de Bingham), nous avons appliqué ce modèle à la modélisation des coulées de boue de Sarno et Quindici (Italie, 1998). Les premiers modèles montrent la possibilité de décrire les trois phases de ce mouvement de terrain (l’initiation, la propagation et l’immobilisation), et nous avons pu étudier l’effet de différents paramètres sur l’arrêt contre un ouvrage de protection.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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