Constitutive Modeling of Flow Liquefaction of Tailings

«RÉSUME: La liquéfaction par écoulement est la perte rapide de la résistance au cisaillement des sols granulaires saturés et lâche pendant un chargement non drainé. Ce phénomène est à l’origine de certaines des défaillances catastrophiques les plus récentes survenues dans les barrages de résidus miniers. Le potentiel de développement de ce mécanisme est difficile à évaluer en pratique car il est complexe et nécessite l’utilisation de modèles constitutifs avancés afin de le modéliser correctement. Cette recherche se concentre sur le développement d'un modèle constitutif pratique pour simuler la liquéfaction statique, compte tenu des caractéristiques des résidus miniers. En particulier, la teneur en fines des résidus miniers à l’intérieur des barrages à résidus présente une importante variation spatiale. Dans la littérature, des efforts ont été faits pour adapter les lois de comportement pour sable existants afin d'intégrer l'influence de la teneur en fines sur le comportement mécanique des mélanges sable-silt. Cependant, l’efficacité de cette approche dépend principalement de la performance du modèle pour sable choisi.. Cette thèse se concentre sur le modèle NorSand, qui constitue un choix privilégié parmi les professionnels pour simuler le comportement du sable. Il se distingue par l'utilisation efficace de seulement trois à quatre paramètres. Les paramètres restants du modèle, qui sont utilisés pour la définition du module d'élasticité et de l'état critique, partagent des concepts fondamentaux avec ceux utilisés par d'autres modèles de sol avancés basés sur la mécanique des sols à l'état critique. L'objectif principal de cette thèse est d'étendre les fonctionnalités du modèle NorSand pour couvrir la simulation de la liquéfaction statique des résidus caractérisés par une teneur variable en fines. Tout au long de ce processus, l'intention demeure de préserver la simplicité et la praticité inhérentes au modèle.»

Abstract

«ABSTRET:Flow liquefaction is the rapid loss of shear strength of loose saturated granular soils under undrained loading. This phenomenon has been responsible for some of the most recent catastrophic failures that happened in tailings dams. The potential for this mechanism to develop is hard to evaluate in practice because it is complex and requires the use of advanced constitutive models. This research focuses on developing a practical constitutive model for proper simulation of static liquefaction, considering the unique characteristics of tailings. Particularly, one prominent characteristic of tailings within a tailings dam is the spatial variation in fines content throughout the dam structure. In the literature, efforts have been made to adapt existing sand models to incorporate the influence of fines content on the mechanical behavior of sand-silt mixtures. Yet, the effectiveness of the proposed framework mainly depends on the selection of an appropriate sand-based model for extension. This thesis notably focuses on the NorSand model, which is a preferred choice among professionals for simulating sand behavior. It stands out due to its efficient utilization of just three to four material constants. The model's remaining parameters, which are used in the elastic modulus and critical state definition, share fundamental concepts as those employed by other advanced critical state-based soil models. The primary objective is to expand the functionality of the NorSand model to cover the simulation of static liquefaction in tailings materials characterized by varying fines content. Throughout this extension process, the intention remains to preserve the model's inherent simplicity and practicality.»