Suffusion tests on cohesionless granular matter

ABSTRACT

Under internal flow, hydraulic earth structures (dikes, levees, or dams) can incur a migration of particles possibly inducing a modification of hydraulic and mechanic characteristics. With the objective to characterize this phenomenon named internal erosion and its consequences on mechanical behaviour of granular materials, a large oedo-permeameter device has been developed. An axial load is applied on specimen together with a downward flow with a constant hydraulic gradient. During the testing time, the bench can measure the spatial change of density and interstitial pressure along the specimen. Axial deformation, injected flow and extracted mass are also measured during the testing time. Erosion of fine particles is characterised by an extraction (out of specimen) of these particles on downstream specimen part and also by a fine particles migration in the whole specimen. This suffusion induces a settlement and a localized increase of interstitial pressure. Afterwards a localized blowout appears and triggers large specimen deformations.

RÉSUMÉ

Sous l'action d'un écoulement interne, les ouvrages hydrauliques en terre (digues, levées, barrages) peuvent subir une migration de certaines particules, ce qui peut induire une modification des caractéristiques hydrauliques et mécaniques. Avec l'objectif de caractériser ce phénomène nommé érosion interne ainsi que ses conséquences sur le comportement mécanique de matériaux granulaires, un oedo-perméamètre de grandes dimensions a été développé. Une charge axiale est appliquée sur l'échantillon ainsi qu'un écoulement descendant sous gradient hydraulique constant. Au cours de l'essai, le banc expérimental permet la mesure de la variation spatiale de la densité et de la pression interstitielle le long de l'échantillon. La déformation axiale, le débit d'eau injecté et la masse extraite sont également mesurés au cours du temps. L'érosion de particules fines se caractérise par une extraction de ces particules dans la partie aval de l'échantillon et également par une migration de particules fines dans l'ensemble de l'échantillon. Cette suffusion entraîne un tassement et un accroissement local de la pression interstitielle. Ensuite un débourrage localisé se produit et déclenche de grandes déformations de l'échantillon.

KEYWORDS:

• soil erosion
• suffusion
• blowout
• cohesionless soils
• water flow
• strain

MOTS-CLÉS:

• érosion
• suffusion
• débourrage
• sols non cohésifs
• écoulement
• déformation