Use of geophysical techniques for the detection and monitoring of water flow and internal erosion in porous media : Application to earth dams
Méthodes géophysiques pour la détection et le suivi temporel d'écoulements et d'érosion interne dans les milieux poreux : Application aux digues en terre
Résumé
Water storage structures have always been built to provide water for agricultural and household needs. But when these structures become a threat to human lives, monitoring techniques have to be implemented to prevent any malfunctioning during their operation lives. Earthen dams, one of the oldest reservoir types undergo different types of failures throughout their aging. One of the major causes of breach is internal erosion. This type of failure happens when soil particles of the structure itself or its foundation migrate downstream by seepage flow.Being the primary cause of failure, internal erosion also known as piping, is a complicated phenomenon. It requires extensive monitoring to be detected at early stages; otherwise, by the time visual signs appear it would be too late to prevent any human or agricultural losses.Conventional methods usually used require a lot of instrumentation and sometimes fail to detect the first stages of internal erosion. Recent researches have focused on the use of geophysical techniques (non-destructive) to detect anomalies within the body of the dam and monitor its evolution. In this study, we will focus on the use of electrical resistivity and seismic techniques in the detection and monitoring of internal erosion in earthen dams. For this purpose, experiments were first conducted in the laboratory under controlled environment to better assess what happens during the 4 stages of internal erosion: i/ initiation, ii/ continuation, iii/ progression and iv/ breach.This dissertation presents the work conducted in the objective of detecting and monitoring water flow as well as internal erosion in earthen dams. Laboratory setups have been designed in the purpose of understanding the mechanism of internal erosion under a controlled environment. The continuous monitoring using electrical resistivity and seismic techniques has been effective in the detection of water flow in the porous medium, internal erosion process and the failure of the soil. In addition, experimental setups have been monitored for the flow of water detection.
Les structures de stockage d'eau ont toujours été construites pour fournir de l'eau pour les besoins agricoles et domestiques. Mais lorsque ces structures deviennent une menace pour les vies humaines, des techniques de surveillance doivent être mises en œuvre pour prévenir tout dysfonctionnement pendant leur durée de vie. Les barrages en terre, l'un des plus anciens types de réservoirs, subissent différents types de défaillances au cours de leur vieillissement. L'une des principales causes de rupture est l'érosion interne. Ce type de défaillance se produit lorsque des particules de sol de la structure elle-même ou de sa fondation migrent vers l'aval par le biais d'un flux d'infiltration.Étant la principale cause de défaillance, l'érosion interne, également connue sous le nom de tuyauterie, est un phénomène compliqué. Il nécessite une surveillance approfondie pour être détecté à un stade précoce ; sinon, lorsque des signes visuels apparaissent, il est trop tard pour prévenir toute perte humaine ou agricole.Les méthodes conventionnelles habituellement utilisées nécessitent beaucoup d'instrumentation et échouent parfois à détecter les premiers stades de l'érosion interne. Les recherches récentes se sont concentrées sur l'utilisation de techniques géophysiques (non destructives) pour détecter les anomalies dans le corps du barrage et suivre son évolution. Dans cette étude, nous allons nous concentrer sur l'utilisation de la résistivité électrique et des techniques sismiques dans la détection et le suivi de l'érosion interne des barrages en terre. Pour cela, des expériences ont d'abord été menées en laboratoire sous environnement contrôlé afin de mieux évaluer ce qui se passe au cours des 4 étapes de l'érosion interne : i/ initiation, ii/ continuation, iii/ progression et iv/ rupture.Cette thèse présente le travail effectué dans le but de détecter et de surveiller l'écoulement de l'eau ainsi que l'érosion interne dans les barrages en terre. Des installations de laboratoire ont été conçues dans le but de comprendre le mécanisme de l'érosion interne dans un environnement contrôlé. La surveillance continue utilisant la résistivité électrique et les techniques sismiques a été efficace dans la détection de l'écoulement de l'eau dans le milieu poreux, le processus d'érosion interne et la rupture du sol. En outre, les montages expérimentaux ont été surveillés pour la détection du flux d'eau.
Domaines
Géophysique [physics.geo-ph]
Origine : Version validée par le jury (STAR)