Earthquake-induced soil liquefaction under drained conditions

Liquéfaction du sol induite par tremblement de terre dans des conditions drainées La liquéfaction des sols induite par les tremblements de terre est un phénomène courant et dévastateur, qui cause de graves pertes économiques et des victimes. Au cours de la liquéfaction, les secousses sismiques provoquent une perte de rigidité du sol, produisant un comportement de type liquide et une perte soudaine de la capacité du sol à supporter la charge des infrastructures, entraînant la défaillance de structures telles que des bâtiments et des ponts. La liquéfaction peut également être reconnue dans les archives géologiques comme une déformation des sédiments mous. Le mécanisme classique utilisé pour expliquer ce phénomène suppose une réponse non drainée, c'est-à-dire que pendant les secousses sismiques, les pores remplis de fluide dans le sol ont tendance à s'effondrer et à réduire leur volume si rapidement que le fluide ne peut pas s'échapper, ce qui entraîne une augmentation de la pression interstitielle. Le poids des couches supérieures transmise des contacts de grain au fluide interstitiel, qui ne peut pas supporter le cisaillement ; par conséquent, la couche de sol se liquéfie et échoue.Des études récentes ont remis en question si la réponse non drainée est le seul mécanisme qui peut conduire à la liquéfaction du sol. En particulier, l'hypothèse non drainée ne parvient pas à expliquer les observations de liquéfaction au-delà du champ proche du tremblement de terre où la densité d'énergie sismique est faible, et les événements de liquéfaction récurrents. Le modèle non drainé a en outre du mal à expliquer les observations d'expulsion de fluide co-sismique du sous-sol, le tassement co-sismique du sol produit en laboratoire et les formulations théoriques qui permettent la pressurisation dans des conditions drainées.Ce travail utilise une formulation basée sur la physique de l'évolution de la pression interstitielle dans une couche granulaire déformable, des simulations numériques et des expériences de table vibrante pour montrer que la pressurisation du fluide interstitiel peut être obtenue via un cas extrême drainé en plus du cas extrême non drainé connu.La thèse montre que l'écoulement des fluides par rapport aux grains du sol est inhérent en conditions drainées. L'écoulement s'accompagne de gradients de surpression interstitielle et de valeurs de pression interstitielle qui liquéfient le sol. La dynamique de liquéfaction drainée est contrôlée par un front de compaction (solidification) ascendant, qui sépare une sous-couche compactée non liquéfiée en bas d'une sous-couche liquéfiée (en décantation) en haut. Le front de compaction se déplace vers le haut à une vitesse dictée par la vitesse à laquelle la densité d'énergie sismique est imposée (la puissance sismique). La durée de l'événement de liquéfaction drainée et le processus de compaction du sol qui l'accompagne sont contrôlés principalement par les relations entre la puissance sismique, la vitesse du front, l'épaisseur de la couche et la perméabilité caractéristique du sol.La liquéfaction drainée s'avère en outre se produire même à une énergie sismique très faible, fournissant une explication aux événements de liquéfaction précédemment déroutants au-delà du champ proche du tremblement de terre. L'interaction unique entre la quantité de compaction et la puissance imposée lors d'un tremblement de terre peut également expliquer des événements de liquéfaction récurrents auparavant énigmatiques, qui se produisent malgré la remédiation naturelle attendue contre la reliquéfaction.