Thermo-hydro-mechanical coupling in slope stability: advanced experiments and multiscale modelling

Abstract

Termo-hydro-mechanické procesy v expanzivních jílech jsou natolik složité, že k vysvětlení jejich chování za proměnlivých hydraulických, mechanických a tepelných podmínek jsou zapotřebí tzv. spojené modely (ang. coupled models). Vliv teplotních změn na chování expanzivních jílů - bentonitů se studuje zejména s ohledem na jejich úlohu při chemické a hydraulické izolaci radioaktivního odpadu. Výsledky ukazují, že tepelné účinky mohou být významné a mohou se projevovat také v důsledku různých procesů, například při sezónních teplotních změnách v mělkých, nejspíš na jíl bohatých, vrstvách půdy podél horských svahů. Výsledky nerozsáhlého výzkumu této problematiky prokázaly, že některé sesuvy mohou být aktivovány tepelnými výkyvy. V rámci navrhovaného projektu byly provedeny experimenty a modelování v různých měřítkách, z důvodu lepšího zohlednění termo- hydro-mechanických vazeb a kontroly teploty na smykovou pevnost, a tedy na stabilitu svahů. Rozsáhlá škála geotechnických parametrů podléhá změnám pod vlivem tepelného působení, kupříkladu smyková pevnost. Pro vytvoření detailnější představy pro zohlednění teploty při analýze stability svahů byl pro pochopení chování zeminy při teplotních změnách definován víceúrovňový přístup. Při vývoji sesuvů však hraje významnou roli také mineralogie a smyková...

The complexity of the thermo-hydro-mechanical processes in expansive clays is such that coupled models are needed to explain their behaviour under variable hydraulic, mechanic, and thermal conditions. The effects of temperature changes on the behaviour of bentonite are being studied, in particular, with respect to their role in the chemical and hydraulic insulation of radioactive waste. Results demonstrate that thermal effects can be significant. These effects can also occur owing to different processes, such as seasonal thermal variations in the shallow (possibly clay-rich) soil layers along mountain slopes. Very limited research in this field has shown that some landslides might be activated by thermal excursions. In the proposed project, experiments and modelling at various scales have been performed to better account for thermo-hydro-mechanical coupling and for the control of temperature on the shear strength, and hence on the stability of slopes. An extensive variety of geotechnical parameters are subjected to changes under thermal action. For instance, we need to mention the shear strength. To develop a more complete framework to account for temperature in slope stability analysis, a multi-scale approach has been defined to improve our understanding on how soil behaves under thermal changes....