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Étude expérimentale des mécanismes d'érosion durant le franchissement de noyau dans les barrages en remblai

Dumberry, Kevin (2017). Étude expérimentale des mécanismes d'érosion durant le franchissement de noyau dans les barrages en remblai. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Pour les barrages en remblai zonés, le franchissement de noyau est un problème important qui peut provoquer une érosion de contact le long de l'interface noyau/filtre. Cette érosion peut créer des instabilités locales ou diminuer l'efficacité du filtre dans l’ouvrage. Ce mémoire fournit de nouveaux résultats expérimentaux sur les mécanismes d’érosion à l’interface noyau/filtre en conditions de franchissement de noyau. Les effets de la granulométrie du filtre et de la variation cyclique du niveau d’eau en amont sur la propagation de l’érosion sont étudiés.

Les résultats ont été obtenus à partir d’un modèle à échelle réduite. La corrélation d’images numériques (DIC), la microtomodensitométrie à rayons X (µCT) et la collecte de sédiments à la sortie du montage ont permis de quantifier l’érosion. Quatre essais ont été effectués avec un noyau en till et différents matériaux filtrants. Trois de ces filtres ne respectaient pas les critères de filtres usuels. Le quatrième filtre représentait une configuration réelle rencontrée dans les barrages dans le nord du Québec.

Aucune érosion de contact ne s’est produite pour le test reproduisant une configuration couramment utilisée dans les barrages. Les filtres non conformes ne protégeaient pas le noyau adéquatement. Un phénomène d’érosion régressive (renard hydraulique) est apparu le long de la pente aval du noyau lorsque le niveau d’eau a atteint sa crête. Le taux d’érosion a diminué dans le temps à mesure que le gradient hydraulique augmentait, révélant un phénomène d’autoréparation du noyau. L’érosion engendrée par la variation cyclique du niveau d’eau en amont diminuait dans le temps. Les résultats provenant de la DIC et de la µCT ont montré que l’érosion de contact se produit en continu, mais qu’elle apparaît moins significative que l’érosion régressive. Les déformations mesurées par la DIC sont directement reliées à la quantité de masse érodée mesurée au laboratoire. Plusieurs sources d’erreurs ont été relevées en comparant les résultats expérimentaux avec des simulations numériques effectuées avec COMSOL.

Les résultats provenant de ce mémoire de maîtrise permettent de mieux comprendre les phénomènes d’autoréparation et de progression de l’érosion interne quand les critères de filtres ne sont pas respectés. Il est suggéré de mettre l’accent sur la stabilité de la pente aval du noyau durant le franchissement de noyau dans des projets futurs. L’effet des conditions non saturées sur les mécanismes d’érosion est également un axe de recherche prometteur.

Titre traduit

Experimental study of erosion mechanisms during core overtopping

Résumé traduit

Core overtopping in embankment dams is an important issue that may lead to contact erosion along the core/filter interface. This erosion can cause instabilities or reduce filter effectiveness within the dam. This project presents new experimental data regarding erosion mechanisms at the core/filter interface during core overtopping. The effects of particle size distribution of the filter and cyclic variation of upstream water level on erosion progression are studied.

The experimental results were obtained with a reduced-scale model. Digital image correlation (DIC), microcomputed tomography (µCT) and sediment collection at the outlet were used to quantify the erosion. Four experimental runs were conducted with a till core and different filters. Three of the four filters did not fulfill the appropriate filter criteria. The fourth filter was representative of real Northern Quebec dam configurations.

No contact erosion occurred during the test for the more realistic till-filter combination. The filters that did not respect the criteria did not protect the core adequately. Piping appeared along the downstream slope within the core when the water level reached its crest. A selfhealing process within the core material was observed and is responsible of the decay of the erosion rate with time as the hydraulic gradient increased. Erosion decayed with time as the upstream water level was varied cyclically. DIC and µCT results showed that contact erosion occurred continuously, but it appeared less significant than piping. Deformation rates obtained with DIC are directly dependent on measured erosion rates. Comparing experimental results with COMSOL simulations allowed sources of errors to be identified.

The results for this project can be relevant to detect and monitor contact erosion in real embankment dams more adequately. The author suggests putting more emphasis on downstream slope stability of the core material during core overtopping for upcoming research projects. The effect of unsaturated conditions on erosion mechanisms is also a promising area of study.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire par article présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Bibliographie : pages 115-123.
Mots-clés libres: Barrages en enrochement. Barrages en terre. Érosion. Drift (Glaciologie) Granulométrie. Niveau des eaux. Images numériques. Analyse d'images. Tomodensitométrie. filtre, franchissement, microtomodensitométrie, noyau, érosion de contact, barrages en remblai, correlation d’images numériques
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Duhaime, François
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Éthier, Yannic A.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 28 mars 2017 20:47
Dernière modification: 28 mars 2017 20:47
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1852

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