Aikaterini Tsiampousi

Numerical interpretation of the coupled hydromechanical behaviour of expansive clays in constant volume column tests

Experimental and numerical studies of the behaviour of expansive clays have been attracting increasing interest, due to their good sealing properties, which render them ideal to be used as engineered barriers (buffers) in both active (e.g. nuclear) and non-active waste disposal facilities. Both large scale and laboratory scaled experiments indicate that the sealing capabilities of the buffer are fundamentally governed by its volumetric behaviour when wetted. In this paper, a constant volume column infiltration test, performed under isothermal conditions on compacted MX80 bentonite, is modelled numerically using the Imperial College Finite Element Program (ICFEP). A modified version of the Barcelona Basic Model is used to simulate the behaviour of the buffer, which is inherently partly saturated. The numerical results agree well with the observed experimental data, especially with regard to the advancement of the wetting front. A detailed interpretation of the computed evolutions with time of stress state, suction and void ratio at different elevations along the sample’s axis is carried out, providing insight into the complex hydro-mechanical response of the buffer during the experiment. Indeed, even though the overall volume of the sample was kept constant, a region of localised dilation, which induced the contraction of other zones of the material, was observed to advance simultaneously with the wetting front along the height of the soil column. RÉSUMÉ Des études expérimentales et numériques du comportement d’argiles expansibles attirent un intérêt croissant dû à leurs bonnes propriétés d’étanchéité qui les rendent idéales en tant que barrières (tampons) conçues au sein d’installations d’entrepôt de déchets actifs (nucléaires par exemple) ou passifs. Des expériences grandeur nature ou à échelle réduite en laboratoire indiquent que les capacités d’étanchéité du tampon sont fondamentalement gouvernées par son comportement volumétrique lors du mouillage. Dans cette étude, un test d’infiltration en colonne à volume constant, accompli sous conditions isothermes sur de la bentonite MX80 compactée est modélisé numériquement à l’aide du programme élément fini ICFEP (Imperial College Finite Element Program). Une version modifiée du modèle classique de Barcelone (Barcelona Basic Model) est utilisé pour simuler le comportement du tampon, qui est intrinsèquement en partie saturé. Les résultats numériques sont en bon accord avec les données expérimentales, en particulier en ce qui concerne la progression du front mouillé. Une interprétation détaillée des évolutions calculées en fonction du temps de l’état de stress, de l’aspiration et du rapport du vide à plusieurs endroits le long de l’axe de l’échantillon ont été réalisées, fournissant d’importantes informations concernant la réponse hydromécanique complexe du tampon pendant l’expérience. En effet, bien que le volume global de l’échantillon fût maintenu constant, une région de dilatation localisée induisant une contraction d’autres zones de l’échantillon a été observée avançant en même temps que le front mouillé le long de la hauteur de la colonne de bentonite.

Stability of Highly Overconsolidated Soil Slopes

Despite the advances in both understanding and modelling of the behaviour of unsaturated soils, numerical analyses considering partial saturation are rare in engineering practice. The purpose of the current paper is to compare the factors of safety against slope failure obtained from different types of analyses (unsaturated and effective stress analyses), using the finite element method, and to investigate the degree of inaccuracy introduced when partial saturation is neglected. The results of the numerical analyses demonstrate that, although similar factors of safety are calculated for steady-state conditions, significant disparity is exhibited in the short-term.