Erodibility characterisation for suffusion process in cohesive soil by two types of hydraulic loading

Caractérisation de la sensibilité à la suffusion d’un sol cohésif avec deux types de chargement hydraulique

Institut GeM, l’Université Nantes Angers Le Mans LUNAM, CNRS IUT de Saint-Nazaire, BP 420, 44606 Saint-Nazaire Cedex France
email : hong-hai.nguyen@univ-nantes.fr ; didier.marot@univ-nantes.fr ; fateh.bendahmane@univ-nantes.fr

Abstract

An experimental program was set up to study the suffusion process by using a triaxial erodimeter developed in our laboratory. This device is equipped with a multichannel optical sensor in order to characterize precisely the initiation and development of suffusion process. With the objective to characterize the erodibility of clayey sand, tests were performed under either flow-rate-controlled or hydraulic-gradient-controlled conditions. The test analysis allows distinguishing three steps. First, suffusion of a small quantity of clay is detected on downstream. In flow-rate-controlled conditions, this suffusion is immediately followed by a high increase of the hydraulic gradient which continues during the second step. The second step is characterized by very low amount of particles in the effluent. During the third step, high suffusion of clay appears and induces erosion of clay and sand. The results reveal the necessity to take into account the evolutions of hydraulic gradient (or pressure gradient) and also the evolutions of velocity (or flow rate) to represent the hydraulic loading. The analysis based on energy expended by fluid flow and eroded mass permits to characterize the soil sensitivity to clay suffusion and clayey sand erosion for tests under the two types of hydraulic loading.

Résumé

Un programme expérimental est réalisé afin d’étudier le processus de suffusion en utilisant un érodimètre triaxial développé au sein de notre laboratoire. Cet appareillage est équipé d’un capteur optique polychromatique afin de caractériser précisément l’initiation et le développement du processus de suffusion. Avec l’objectif de déterminer la sensibilité à l’érosion d’un sable argileux, des essais sont menés à débits imposés ou à gradients hydrauliques imposés. L’analyse des essais permet de distinguer trois étapes. Tout d’abord la suffusion d’une faible quantité d’argile est détectée à l’aval. A débit imposé, cette suffusion est immédiatement suivie par une forte augmentation du gradient hydraulique qui se poursuit au cours de la deuxième étape. La deuxième étape est également caractérisée par la présence d’une très faible quantité de particules dans l’effluent. Pendant la troisième étape, une importante suffusion d’argile apparaît et elle précède une érosion de sable argileux. Les résultats soulignent la nécessité de prendre en compte les évolutions du gradient hydraulique (ou du gradient de pression) et également celles de la vitesse (ou du débit) pour représenter le chargement hydraulique. L’analyse basée sur la détermination de l’énergie dissipée par le fluide interstitiel et la masse érodée permet de caractériser la sensibilité du sol à la suffusion d’argile et à l’érosion de sable argileux pour les essais menés suivant les deux types de chargement hydraulique.