Micromechanical aspects of failure in granular media | Aspects micromécaniques de la rupture dans les milieux granulaires

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]RIVAGE [Encadrant_IRSTEA]Nicot, F.

English. Landslides and avalanches are the most common brutal and devastating natural hazards in mountain regions. Basically, these phenomena are derived from the failure of a material volume which will then flow under the effect of its own weight. Therefore, predicting these phenomena requires a better description of the initial phase of failure. This work comes within this willingness, considering the very general case of failure in granular media. For this purpose, numerical simulations using a discrete element method were carried out in order to investigate the relevance of the common failure and instability criteria. In a second step, more detailed analyses based on the second order work computed from the microscopic variables were conducted in order to describe the evolution of the microstructure of a granular assembly just before and during the failure. Finally, the influence of the loading path and the control parameters on the nature (effective or non-effective) and the mode (diffuse or localized) of failure was discussed through a series of biaxial tests performed on two-dimensional numerical samples depicting respectively a dense and a medium dense dry sand.

French. Les régions de montagne sont parfois le siège de phénomènes dévastateurs brutaux, tels que les éboulements, les glissements de terrains, ou encore les avalanches. Fondamentalement, ces phénomènes sont issus de la rupture d’un volume de matériau qui va alors s’écouler sous l’effet de son poids propre. Prévoir ces phénomènes impose donc de mieux décrire la phase initiale de rupture. Ce travail de thèse s’inscrit dans cette volonté, en considérant le cas très général de la rupture dans un milieu granulaire. Pour cela, des simulations numériques utilisant une méthode aux éléments discrets ont été mises en ½½uvre, afin de vérifier la pertinence des critères usuels de rupture et d’instabilité. Dans un second temps, des analyses plus fines basées sur le travail du second ordre calculé à partir des variables microscopiques ont été menées afin de cerner comment évolue la microstructure de l’assemblage granulaire juste avant et pendant la rupture. Finalement, l’influence du chemin de chargement et des paramètres de contrôle sur la nature (effective ou non effective) et le mode (diffus ou localisé) de rupture a été examinée à travers une série d’essais biaxiaux sur deux échantillons numériques bidimensionnels (dense et moyennement dense).