Étude du comportement de l’interface sol-inclusion par simulation aux éléments distincts d’essais de cisaillement direct

Analysis of the behaviour of soil-inclusion interfaces using distinct element simulations of direct shear tests

Laboratoire Ma 2g (Mécanique appliquée, automatique et géomécanique) EA 3218 INSA Rennes 20, av. des Buttes de Coësmes, CS 14315 35043 Rennes Cedex bbaylac@insa-rennes.fr masson@insa-rennes.fr jmartinez@insa-rennes.fr, France.

Résumé

Une analyse microstructurelle du cisaillement de l’interface sol-inclusion est mise en œuvre par la simulation d’essais de cisaillement direct à l’aide de la méthode des éléments distincts. La macrorugosité géométrique de l’interface constitue le principal paramètre des simulations réalisées. La réponse globale de l’échantillon montre une étroite relation entre les variations de la contrainte macroscopique de cisaillement à l’interface et l’évolution du réseau des forces de contacts interparticulaires. L’analyse des déplacements et des rotations des particules permet de localiser une bande de cisaillement dont l’épaisseur, de l’ordre de cinq fois le diamètre maximum des particules constituant l’échantillon, semble indépendante de la macrorugosité de l’interface. L’analyse microstructurelle réalisée aboutit à la caractérisation du comportement macroscopique de l’interface en termes de rigidité élastique et d’angles de frottement fonctions de la macrorugosité de l’interface. Plus précisément, une expression de l’angle de frottement macroscopique est proposée en fonction de la macrorugosité géométrique de l’interface et de la microrugosité des contacts particules-plaque.

Abstract

A microscopic analysis of the shearing of soil-inclusion interfaces is performed using Distinct Element simulations of direct shear tests. These simulations focus on the geometrical macro-roughness of the interface. The global response of the sample shows a narrow relation between the variation of the macroscopic shear stress on the interface and the the evolution of the particle’s contact forces network. The analysis of particles displacements and rotations allows localising a shear band whose thickness, of about five times the maximum diameter of the sample particles, seems to be independent on the interface macro-roughness. The microstructural analysis performed leads to the characterisation of the macroscopic interface behaviour in terms of elastic stiffness and friction angles as functions of the interface macro-roughness. More precisely, an expression of the macroscopic friction angle is proposed as dependent on the interface macro-roughness and on the micro-roughness of particle-plate contacts.