Numerical and experimental analysis of fabric evolution in granular soil under cyclic loading

Cette thèse de doctorat étudie l'évolution de l'état micro- et macro-structural du sol granulaire sous chargement monotone et cyclique drainé. Plus précisément, elle examine l'évolution des descripteurs de la structure tels que le rapport de vide, le nombre de coordination et l'anisotropie des orientations des particules et des contacts dans des essais triaxiaux sur du sable. La méthodologie combine des expériences utilisant la tomographie par rayons X et des simulations numériques avec la méthode des éléments discrets à niveau de contour (LS-DEM).La tomographie par rayons X est utilisée pour obtenir des images 3D des échantillons de sable de Hokksund à différents intervalles pendant le chargement triaxial. Les échantillons, d'environ 11 mm de diamètre et 22 mm de hauteur, sont scannés avec une taille de voxel de 15 µm, correspondant à environ 30 voxels sur le diamètre moyen des grains. Cinq tests sont rapportés : trois soumis à un chargement monotone et deux à un chargement cyclique de grande amplitude de 10 et 100 cycles. L'analyse d'image identifie les grains individuels et les contacts intergranulaires à différents stades tout au long des tests. Des mesures basées sur les voxels des vides et des mesures basées sur les grains sont effectuées, évaluant leur évolution avec la déformation et les cycles.De plus, les morphologies des grains obtenues à partir des images tomographiques sont décrites à l'aide de fonctions de niveau de contour, permettant la simulation de modèles d'avatars numériques avec LS-DEM. Le modèle numérique consiste en un assemblage de grains où chaque grain est initialisé avec la forme, la position et l'orientation de l'image tomographique de l'échantillon. Les limites sont modélisées pour imiter de près celles des expériences. Des études paramétriques des paramètres du modèle de contact sont menées et comparées aux résultats expérimentaux pour la calibration. L'évolution de la structure est évaluée à partir des résultats de simulation et discutée dans le contexte des résultats expérimentaux. Les capacités et les limitations de LS-DEM sont évaluées en comparant les simulations d'éléments de volume représentatif (RVE) avec des essais triaxiaux de taille conventionnelle, qui sont moins affectés par les conditions aux limites.Les mesures sont effectuées globalement pour l'ensemble de l'échantillon et localement dans les zones de localisation de la déformation pour fournir des informations plus approfondies sur l'évolution micro-structurale vers l'état critique. Les changements de structure pendant le chargement cyclique, en particulier les changements de rapport de vide et de contacts entre les grains, sont utilisés pour expliquer les changements observés dans le comportement macro-mécanique post-cyclique.