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Évolution de l'érosion interne dans un barrage en remblai suite au franchissement de noyau

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Beaudoin, Audrey (2020). Évolution de l'érosion interne dans un barrage en remblai suite au franchissement de noyau. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La sécurité des digues et barrages est un enjeu important. En cas d’évènements météorologiques exceptionnels, il est possible que le niveau d’eau du réservoir s’élève au-dessus du niveau d’opération maximal de conception. Si le niveau d’eau dépasse la crête du noyau et si les matériaux en contact à la crête du barrage ont des granulométries incompatibles, le phénomène d’érosion interne peut être observé. Ce projet de maîtrise a comme objectif d’étudier l’évolution dans le temps de l’érosion interne suivant le franchissement de noyau, en tenant compte des forces d'écoulement et des conditions non saturées. L’hypothèse principale est qu’en présence de matériaux granulaires sensible à l’érosion interne d’un point de vue granulométrique, l’érosion interne sera initiée là où les forces d’écoulement sont plus grandes.

Afin de vérifier cette hypothèse, une modélisation numérique ainsi que deux essais ont été effectués dans une cuve. Pour chaque essai, un noyau de forme trapézoïdale entouré d’un matériau granulaire grossier ne respectant pas les critères de filtres ont été mis en place. Les niveaux d’eau ainsi que les succions ont été suivis à l’intérieur du noyau à l’aide de piézomètres et de capteurs de pression. Les essais ont été filmés et les sédiments ont été recueillis dans une colonne de sédimentation. En présence d’érosion, le prélèvement d’échantillons pour l’analyse des solides totaux dans le temps a également été effectué. Ensuite, le logiciel d’éléments finis COMSOL a été utilisé afin de modéliser l’écoulement d’eau en régime transitoire en considérant des conditions non saturées.

Les essais en cuves filmés combinés à la modélisation numérique permettent d’effectuer le lien entre les niveaux d’eau, les gradients hydrauliques, les vitesses d’écoulement, le taux d’érosion ainsi que l’évolution de la géométrie du noyau dans le temps. Finalement, les mécanismes d’initiation de l’érosion interne, soit dans le cas présent l’érosion de contact ainsi que l’érosion régressive, ont été évalués. Il est recommandé de pousser plus loin l’analyse des séquences d’images combinée à la modélisation numérique.

Titre traduit

Evolution of internal erosion in embankment dams following core overtopping

Résumé traduit

Dam security is an important issue. During extreme weather events, the maximal conception level of the reservoir can be exceeded. If the water level overtops the core of a dam and if the materials in contact at the crest have incompatible grain size distributions, internal erosion can occur. The objective of this Master’s thesis is to study the evolution in time of internal erosion following core overtopping with consideration for seepage force and unsaturated seepage conditions. The main hypothesis is that internal erosion will occur where seepage forces are larger in presence of granular materials with incompatible grain size distributions.

To verify this hypothesis, numerical modelling and two tests in a tank were conducted. For each test, a trapezoidal core was put in place and surrounded by a permeable filter. Water levels and suctions were measured in the core with piezometers. The tests were filmed and sediments were collected in a sedimentation column. Water samples for the determination of the total solid content were taken when erosion occurred. Subsequently, the finite element code COMSOL was used to model transient groundwater seepage considering unsaturated conditions.

The relationship between groundwater levels, hydraulic gradients, seepage velocities, erosion rate, and the evolution of the core geometry in time was studied by combining the analysis of video sequences with numerical modelling. The initiation mechanisms of internal erosion, in this case contact erosion and regressive erosion, were evaluated. It is recommended to refine the analysis of image sequences combined with numerical modelling.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 149-159).
Mots-clés libres: franchissement de noyau, érosion de contact, érosion régressive, barrage en remblai, corrélation d’images numériques, méthode des éléments finis, COMSOL
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Duhaime, François
Codirecteur:
Codirecteur
Éthier, Yannic A.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 29 mai 2020 18:09
Dernière modification: 29 mai 2020 18:09
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2474

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