[Comportement d’un dépôt de sol granulaire soumis à une vibration horizontale : Modélisation par éléments discrets]
Cet article présente une analyse du comportement d’un dépôt de matériau granulaire non cohésif soumis à une vibration harmonique horizontale appliquée à sa base. L’analyse est réalisée numériquement à l’aide d’un modèle bidimensionnel basé sur la méthode des éléments discrets. Les simulations effectuées ont mis en évidence certains aspects du comportement vibratoire des dépôts non cohésifs, notamment la forme du profil vertical du déplacement, en particulier dans le cas de grands déplacements. L’analyse s’est particulièrement concentrée sur l’amplification du mouvement à la surface libre du dépôt, ainsi que sur sa dépendance à certains paramètres tels que la fréquence et l’amplitude de l’excitation ou encore le confinement du dépôt.
Les résultats obtenus montrent que le comportement du dépôt face à la variation de la fréquence d’excitation est similaire à celui d’un dépôt élastique soumis à un déplacement harmonique à sa base. Plus précisément, le facteur d’amplification dynamique (DAF) augmente initialement avec la fréquence, atteint un pic de résonance, puis diminue. La fréquence de résonance estimée dans cette analyse est proche de la fréquence fondamentale pour de faibles amplitudes d’excitation, mais devient plus basse à mesure que l’amplitude augmente. Par ailleurs, pour une fréquence donnée, l’augmentation de l’amplitude de l’excitation engendre une amplification plus importante. Il a été démontré que cette augmentation résulte de la dégradation du module de cisaillement due à une augmentation du niveau de déformation en cisaillement. Contrairement aux dépôts élastiques, pour les dépôts granulaires non cohésifs, l’augmentation de la déformation conduit à une dégradation du module de cisaillement, entraînant un décalage vers le bas de la fréquence de résonance et pouvant induire une amplification significative.
Le confinement du dépôt est simulé par une augmentation de l’accélération gravitationnelle. Il a été montré qu’un confinement accru rend le dépôt plus rigide, ce qui réduit l’amplification du mouvement introduit.
This paper presents an analysis of the behavior of a non-cohesive granular material deposit excited at its base by a horizontal harmonic vibration. The analysis is carried out numerically by means of a 2D discrete element model. The performed simulations highlighted some aspects of vibration behavior in non-cohesive deposits, such as the shape of the vertical profile of the displacement, notably in the case of large displacements. The analysis particularly focused on the amplification of the movement at the free surface of the deposit, as well as its dependence on some parameters such as the excitation frequency and the excitation amplitude of the deposit confinement. The obtained results showed that the behavior of the deposit following the change in the excitation frequency is similar to the case of an elastic deposit excited by a harmonic displacement at the base, i.e. the Dynamic Amplification Factor (DAF) initially increases with the frequency increase, it reaches a peak of resonance then it decreases. The resonance frequency estimated from this analysis is close to the fundamental frequency for low excitation amplitudes, but becomes smaller as the excitation amplitude increases. On the other hand, for a fixed frequency, increasing the amplitude of the excitation induces greater amplification. It has been shown that this increase results from the degradation of the shear modulus due to the increase in the level of involved shear strain. Therefore, unlike elastic deposits, for non-cohesive granular deposits, increasing strain leads to a degradation of the shear modulus, resulting in a downward shift of the resonance frequency and can induce a significant increase in amplification. The confinement of the deposit is achieved by increasing the gravitational acceleration; it has been shown that increased confinement makes the deposit stiffer, and therefore reduces the amplification of the introduced movement.
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Mots-clés : Dépôt de sable, Comportement d’un sol granulaire, Méthode des éléments discrets, Onde de cisaillement, Propagation
Said Derbane 1 ; Mouloud Mansouri 2 ; Salah Messast 1 ; Aboulghit El Malki Alaoui 3
CC-BY 4.0
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