Dissertations / Theses: 'Granular avalanche'

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Gaudel, Naïma. "Rhéologie et contrôle des écoulements de dispersions granulaires par l'application de vibrations." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0154.

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Abstract:

Ce travail est financé par le fond européen Interreg VA (projet "PowderReg"). L'optimisation du transport, du stockage et du mélange des dispersions granulaires passe par le contrôle de leur écoulement, par exemple en ajoutant des vibrations mécaniques. Ce travail permet d'apporter une meilleure compréhension de l'influence des vibrations sur la rhéologie apparente de dispersions granulaires modèles dans le régime quasi-statique. Des travaux expérimentaux et numériques sont réalisés afin de sonder les modifications de la dynamique locale ainsi que les hétérogénéités qui apparaissent lors de leur mise en écoulement. Deux géométries présentant des intérêts fondamentaux, géophysiques et industriels sont étudiées : la cellule de type Couette et le plan incliné. Dans un premier temps, des mesures iso-indice couplées à de la fluorescence induite par laser ont été réalisées sur des suspensions granulaires dans une cellule de type Couette sous vibrations. Les vibrations rendent la rhéologie locale en homogénéisant le système. Elles suppriment la contrainte seuil apparente et font apparaître un plateau Newtonien à bas gradient, intrinsèque à la dynamique locale qui est de nature diffusive. Il est apparu que le temps de réarrangement des particules, dépendant de l'intensité des vibrations, est relié au volume libre disponible autour de chaque particule. L'étude numérique de cette géométrie dans le cas d'une dispersion granulaire sèche a mis en évidence des résultats similaires. Dans un second temps, des écoulements de dispersions de grains secs sur un plan incliné vibrant ont été réalisés. Des travaux numériques sur cette même géométrie ont permis d'enrichir cette étude. Les résultats mettent en évidence l'existence de deux régimes sous vibrations. Le comportement dans le régime dominé par la gravité n'est pas influencé par les vibrations, et un profil de Bagnold est observé. Les vibrations permettent principalement de baisser la friction basale, influant alors la hauteur des dépôts. Dans le régime dominé par les vibrations, les écoulements sont déclenchés par les vibrations elles-mêmes. Il est apparu qu'elles induisent des fluctuations de vitesses, qui créées alors une température granulaire. Cette température permet d'activer les réorganisations à l'échelle de la particule, éliminant le seuil apparent responsable du blocage des écoulements et permettant leur contrôle au travers du taux de cisaillement
This work is funded by the European Founds Interreg VA ("PowderReg" project). The optimization of the transport, storage and mixture of granular dispersions involves their flow control, by adding mechanical vibrations, for example. The present work enables a better understanding of the influence of the vibrations on the apparent rheology of model granular dispersions in the quasi-static regime. Experimental and numerical studies were carried out in order to probe the modifications of the local dynamic and heterogeneities that appear during the flow. Two geometries, interesting for diverse applications in fundamental science, geophysics and industries, were studied: the Couette cell geometry and the inclined plane. In the first step, refractive-index matching technique, coupled to the planar laser induced fluorescence was used to make measurements in granular suspensions in a vibrated Couette cell geometry. Vibrations make the rheology local by homogenizing the system. They suppress the yield stress and result in the appearance of a Newtonian plateau at the low shear, intrinsic to the local dynamic, which is diffusive in nature. It appears that the rearrangement time of the particles, depending on the intensity of the vibrations, is linked to a free volume available around each particle. The numerical study of this geometry in the case of a dry granular dispersion shows similar results. In the second step, flows of dry granular dispersions down the inclined and vibrated plane were realized. This study was completed with a numerical work. The results demonstrated the existence of two distinct regimes under vibrations. The behavior in the gravity-driven regime is not affected by the vibrations and a Bagnold profile is observed. The vibrations mainly cause the decrease of the basal friction and thus influence the height of the deposits. In the vibration-driven regime, however, flows are triggered by the vibrations themselves. It appears that they induce velocity fluctuations that create a granular temperature. That temperature allows the activation of the reorganizations at the grain scale. This suppresses the apparent yield responsible for the flow jamming, and thus enables their control through the shear rate

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Gaudel, Naïma. "Rhéologie et contrôle des écoulements de dispersions granulaires par l'application de vibrations." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0154.

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Abstract:

Ce travail est financé par le fond européen Interreg VA (projet "PowderReg"). L'optimisation du transport, du stockage et du mélange des dispersions granulaires passe par le contrôle de leur écoulement, par exemple en ajoutant des vibrations mécaniques. Ce travail permet d'apporter une meilleure compréhension de l'influence des vibrations sur la rhéologie apparente de dispersions granulaires modèles dans le régime quasi-statique. Des travaux expérimentaux et numériques sont réalisés afin de sonder les modifications de la dynamique locale ainsi que les hétérogénéités qui apparaissent lors de leur mise en écoulement. Deux géométries présentant des intérêts fondamentaux, géophysiques et industriels sont étudiées : la cellule de type Couette et le plan incliné. Dans un premier temps, des mesures iso-indice couplées à de la fluorescence induite par laser ont été réalisées sur des suspensions granulaires dans une cellule de type Couette sous vibrations. Les vibrations rendent la rhéologie locale en homogénéisant le système. Elles suppriment la contrainte seuil apparente et font apparaître un plateau Newtonien à bas gradient, intrinsèque à la dynamique locale qui est de nature diffusive. Il est apparu que le temps de réarrangement des particules, dépendant de l'intensité des vibrations, est relié au volume libre disponible autour de chaque particule. L'étude numérique de cette géométrie dans le cas d'une dispersion granulaire sèche a mis en évidence des résultats similaires. Dans un second temps, des écoulements de dispersions de grains secs sur un plan incliné vibrant ont été réalisés. Des travaux numériques sur cette même géométrie ont permis d'enrichir cette étude. Les résultats mettent en évidence l'existence de deux régimes sous vibrations. Le comportement dans le régime dominé par la gravité n'est pas influencé par les vibrations, et un profil de Bagnold est observé. Les vibrations permettent principalement de baisser la friction basale, influant alors la hauteur des dépôts. Dans le régime dominé par les vibrations, les écoulements sont déclenchés par les vibrations elles-mêmes. Il est apparu qu'elles induisent des fluctuations de vitesses, qui créées alors une température granulaire. Cette température permet d'activer les réorganisations à l'échelle de la particule, éliminant le seuil apparent responsable du blocage des écoulements et permettant leur contrôle au travers du taux de cisaillement
This work is funded by the European Founds Interreg VA ("PowderReg" project). The optimization of the transport, storage and mixture of granular dispersions involves their flow control, by adding mechanical vibrations, for example. The present work enables a better understanding of the influence of the vibrations on the apparent rheology of model granular dispersions in the quasi-static regime. Experimental and numerical studies were carried out in order to probe the modifications of the local dynamic and heterogeneities that appear during the flow. Two geometries, interesting for diverse applications in fundamental science, geophysics and industries, were studied: the Couette cell geometry and the inclined plane. In the first step, refractive-index matching technique, coupled to the planar laser induced fluorescence was used to make measurements in granular suspensions in a vibrated Couette cell geometry. Vibrations make the rheology local by homogenizing the system. They suppress the yield stress and result in the appearance of a Newtonian plateau at the low shear, intrinsic to the local dynamic, which is diffusive in nature. It appears that the rearrangement time of the particles, depending on the intensity of the vibrations, is linked to a free volume available around each particle. The numerical study of this geometry in the case of a dry granular dispersion shows similar results. In the second step, flows of dry granular dispersions down the inclined and vibrated plane were realized. This study was completed with a numerical work. The results demonstrated the existence of two distinct regimes under vibrations. The behavior in the gravity-driven regime is not affected by the vibrations and a Bagnold profile is observed. The vibrations mainly cause the decrease of the basal friction and thus influence the height of the deposits. In the vibration-driven regime, however, flows are triggered by the vibrations themselves. It appears that they induce velocity fluctuations that create a granular temperature. That temperature allows the activation of the reorganizations at the grain scale. This suppresses the apparent yield responsible for the flow jamming, and thus enables their control through the shear rate

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Valderrama, Murillo Patricio. "Origine et dynamique des avalanches des débris volcaniques : analyse des structures de surface au volcan Tutupaca (Pérou)." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2016. http://www.theses.fr/2016CLF22731/document.

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Abstract:

Les glissements de terrain se produisent dans toutes les chaînes de montagnes où la résistance de massifs rocheux est insuffisante pour contrer l’action de la gravité. Les terrains volcaniques sont particulièrement susceptibles de s’effondrer car les édifices sont composés des lithologies diverses et variées qui peuvent être fortement fracturées. En plus, la croissance rapide des édifices volcaniques favorise leur instabilité et leur effondrement. L’activité magmatique est un facteur additionnel responsable de la déformation des édifices, tandis que l’activité hydrothermale réduit la résistance des roches volcaniques. Pour ces raisons, l’évaluation des aléas liés à l’effondrement des édifices et à la formation des avalanches des débris volcaniques mérite une attention particulière. Les caractéristiques physiques des composants des avalanches des débris ont une influence directe sur la dynamique de ce type d'écoulement. Les dépôts des avalanches de débris présentent une morphologie de surface composée des nombreuses collines (hummocks), qui montrent fréquemment les séquences volcaniques initiales, ce qui suggère un mécanisme de mise en place proche de celui des glissements de terrain. Cependant, d’autres dépôts présentent des crêtes allongées (rides) dont le mécanisme de formation est encore méconnu. Le volcan Tutucapa (sud du Pérou) a été affecté récemment par deux avalanches de débris. La plus ancienne, « Azufre », est d’âge Holocène et résulte de l’effondrement d’un complexe des dômes et d’une séquence volcanique altérée (hydrothermalisée) sous-jacente. La deuxième avalanche, « Paipatja », a eu lieu il y a seulement 200-230 ans BP et est associée à une grande éruption explosive du Tutupaca. Les dépôts de cette avalanche présentent notamment de nombreuses rides. Les deux dépôts d’avalanche montrent deux unités différentes : une unité inférieure, caractérisée par la présence des blocs altérés (hydrothermalisés) provenant de l’édifice basal, tandis que l’unité supérieure est constituée par des blocs du complexe de dômes actifs. Le travail de terrain montre que les rides de l’avalanche « Paipatja » présentent une forte variation de granulométrie entre leur partie centrale (enrichie en blocs grossiers) et leurs parties latérales, ce qui suggère un processus de ségrégation granulaire. Des expériences analogiques montrent que des écoulements de mélanges de particules des différentes tailles subissent un processus de ségrégation et de digitation granulaire qui engendre des rides par jonction de levées statiques qui délimitent un chenal d’écoulement. Le processus de formation des rides est facilité par de faibles différence de taille des particules dans des mélanges bidisperses. Ces résultats suggèrent que les rides observées au Tutupaca résultent d’un écoulement granulaire. Les principales caractéristiques morphologiques des structures formées lors de ces expériences de laboratoire ont été comparées qualitativement avec les structures observées dans les dépôts du Tutupaca. Les structures observées au Tutupaca montrent que deux mécanismes de mise en place peuvent coexister dans les avalanches de débris volcaniques : le glissement de blocs plus ou moins cohérents, et l’écoulement semblable à celui d’un matériau granulaire. Cela dépend probablement de la nature des différents matériaux à la source des avalanches. Cette information doit être prise en compte pour l’évaluation des aléas liés aux avalanches des débris car des mécanismes d’écoulement différents peuvent induire des fortes variations de la distance parcourue par ces avalanches
Landslides occur in all mountainous terrain, where the rock strength is unable to support topographic loading. Volcanic rocks are particularly landslide prone, as they mix strong and weak lithologies and are highly pre-fractured. Also, volcanoes themselves, are peculiar mountains, as they grow, thus creating their own topographic instability. Magmatic activity also deforms the edifice, and hydrothermal activity reduces strength. For all these reasons, volcanoes need close consideration for hazards, especially for the landslide-derived rock avalanches. The characteristics and properties of different debris avalanche components influence their behavior during motion. Deposits are generally hummocky, preserving original layering, which indicates a slide-type emplacement. However, some deposits have ridged morphology for which the formation mechanisms are not well understood. Two recent debris avalanches occurred at the Tutupaca volcano (S Peru). The first one, “Azufre” is Holocene and involved the collapse of active domes and underlying older hydrothermally altered rocks. The second debris avalanche, “Paipatja” occurred 200-230 y BP and is associated with a large explosive event and this deposit is ridged. The excellent conservation state of the deposits and surface structures allows a comprehensive analysis of the ridges. Both deposits have two contrasting units: a lower basal edifice-derived hydrothermally-rich subunit and an upper dome-derived block-rich unit. Detailed fieldwork has shown that Paipatja ridges have coarser core material and are finer in troughs, suggesting grain size segregation. Using analog experiments, the process that allow ridge formation are explored. We find that the mixtures undergo granular segregation and differential flow that create fingering that forms ridges by junction of static léeves defining a channel flow. Granular segregation and fingering are favored by small particle size contrast during bi-dispersed flow. The results suggest that the ridges observed at Tutupaca are product of a granular flow We extract the morphological characteristics of the deposits of granular flows generated in the laboratory and make a qualitative comparison with the Tutupaca deposits. The description of the different landslide and debris avalanche features at Tutupaca shows that two types of debris avalanche motion can occur in volcanic debris avalanches: the sliding of blocks more or less coherent and a flow similar to a granular material. This probably depends on source materials and the conditions of different parts of the initial landslide. Such information should be taken into account when estimating hazards at other volcanic landslide sites, as the different behaviors may result in different run outs

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El, Tannoury Claude. "Mécanismes de déclenchement des avalanches granulaires humides." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S125/document.

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Abstract:

La dynamique du déclenchement des avalanches dans un milieu granulaire lentement incliné passe par trois phases; (1) des petits réarrangements locaux et indépendants de grains (2) suivis de mouvements collectifs, successifs et quasi-périodiques, appelés 'précurseurs' (3) finissant par une avalanche. Cette dynamique peut dépendre de nombreux paramètres. Dans cette thèse, nous avons étudié, par des mesures optiques et acoustiques, la réponse du milieu granulaire soumis à une inclinaison lente de son container. Nous avons déterminé l'importance du choix de la puissance du signal acoustique sur nos mesures. Nous avons observé l'effet de l'état de surface des grains sur l'apparition des précurseurs et sur l'occurrence de l'avalanche. Nous avons réalisé des cycles d'inclinaison allant de -θ à +θ se terminant par une avalanche . Nous avons mis en évidence l'influence de l'angle du cycle θ sur les précurseurs et l'angle d'avalanche final. Nous avons aussi étudié des milieux granulaires soumis à des taux d'humidité comprises entre 40 et 96, par des mesures optiques surfaciques et latérales. Nous avons montré que les angles d'avalanche et l'apparition des premiers précurseurs dépendent de la taille des grains mais aussi de l'humidité. Cette dépendance est liée aux forces de cohésion qui sont relativement plus élevées à forte humidité et qui compensent la force de gravité pour des petits grains. Enfin, nous avons montré l'importance d'une diffusion homogène de l'humidité dans le milieu sur son comportement. L'impact de la mouillabilité des grains a été aussi abordé
The dynamics of avalanche triggering in a slowly inclined granular medium passes through three phases; (1) small local and independent rearrangements of grains (2) followed by collective, successive and quasi-periodic movements, called 'precursors' (3) ending in an avalanche. This dynamic can depend on many parameters. In this thesis, we have studied, by optical and acoustic measurements, the response of the granular medium subjected to a slow inclination of its container. We determined the importance of choosing the power of the acoustic signal on our measurements. We observed the effect of the grain surface condition on the occurrence of precursors and the occurrence of the avalanche. We performed tilted cycles ranging from -θ to +θ ending in an avalanche. We have demonstrated the influence of the θ cycle angle on the precursors and the final avalanche angle. We have also studied granular media with moisture contents between 40 and 96%, by surface and lateral optical measurements. We have shown that the avalanche angles and the appearance of the first precursors depend on the grain size but also the humidity. This dependence is related to cohesive forces that are relatively higher at high humidity and that compensate for the force of gravity for small grains. Finally, we have shown the importance of a homogeneous diffusion of moisture in the environment on its behavior. The impact of grain wettability was also discussed

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Rondon, Loic. "Effondrement granulaire : couplages fluide-grains." Thesis, Aix-Marseille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX10209/document.

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Abstract:

Nous étudions expérimentalement l'effondrement d'une colonne granulaire dans un liquide visqueux. Contrairement au cas sec, la morphologie des dépôts n'est principalement plus contrôlée par le rapport d'aspect initial du tas mais par la fraction volumique initiale de la masse granulaire. Deux régimes différents sont identifiés selon l'empilement initial. L'empilement lâche donne lieu à des dépôts minces et longs et la dynamique est rapide. Une surpression du liquide est mesurée sous de la colonne. Pour l'empilement dense, l'étalement final est deux fois moindre, le mouvement est lent et une dépression interstitielle est mesurée. Ces observations suggèrent que la dynamique de l'effondrement granulaire dans un fluide est fortement affectée par le comportement de la dilatance du milieu granulaire.Nous développons ensuite un modèle théorique basé sur des équations diphasiques moyennées dans l’épaisseur prenant en compte les mécanismes de dilatance. L’étude dimensionnelle de notre modèle permet de montrer que l’effondrement d’une colonne est contrôlé par trois paramètres sans dimension : le rapport d’aspect de la colonne, la fraction volumique initiale, et le nombre de grains dans l’épaisseur. On montre également que le temps caractéristique met en compétition le frottement visqueux et la gravité.De ce modèle, nous développons un algorithme de résolution lagrangien. Cette approche, grossière mais robuste, permet d’implanter s sans trop de difficulté. Le code est validé sur des configurations simples sur plan incliné avant de simuler l’effondrement de colonnes granulaires immergées dans la même gamme de paramètres que nos expériences
Nous étudions expérimentalement l'effondrement d'une colonne granulaire dans un liquide visqueux. Contrairement au cas sec, la morphologie des dépôts n'est principalement plus contrôlée par le rapport d'aspect initial du tas mais par la fraction volumique initiale de la masse granulaire. Deux régimes différents sont identifiés selon l'empilement initial. L'empilement lâche donne lieu à des dépôts minces et longs et la dynamique est rapide. Une surpression du liquide est mesurée sous de la colonne. Pour l'empilement dense, l'étalement final est deux fois moindre, le mouvement est lent et une dépression interstitielle est mesurée. Ces observations suggèrent que la dynamique de l'effondrement granulaire dans un fluide est fortement affectée par le comportement de la dilatance du milieu granulaire.Nous développons ensuite un modèle théorique basé sur des équations diphasiques moyennées dans l’épaisseur prenant en compte les mécanismes de dilatance. L’étude dimensionnelle de notre modèle permet de montrer que l’effondrement d’une colonne est contrôlé par trois paramètres sans dimension : le rapport d’aspect de la colonne, la fraction volumique initiale, et le nombre de grains dans l’épaisseur. On montre également que le temps caractéristique met en compétition le frottement visqueux et la gravité.De ce modèle, nous développons un algorithme de résolution lagrangien. Cette approche, grossière mais robuste, permet d’implanter s sans trop de difficulté. Le code est validé sur des configurations simples sur plan incliné avant de simuler l’effondrement de colonnes granulaires immergées dans la même gamme de paramètres que nos expériences

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Mede, Tijan. "Etude numérique du comportement mécanique de la neige : une perspective microstructurale." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAU004/document.

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Abstract:

Les avalanches de plaque représentent un risque naturel majeur dont la prévision demeure très difficile. Le manque de lois constitutives fiables à l’échelle du matériau rend difficiles les tentatives de modélisation de ce phénomène. Plus spécifiquement, la réponse mécanique de la neige durant et après la rupture, dans des régimes de chargements rapides , demeure relativement méconnue. La nature particulièrement fragile du matériau au sein de ce régime de déformation rend ardue la réalisation d’expériences et complique l’observation à l’échelle microstructurale.Dans ce travail de thèse, un modèle numérique de neige fondé sur la Méthode des Éléments Discrets a été développé en tant qu’alternative aux expériences. Le modèle nous permet de simuler la réponse de la neige à des chargements mécaniques en tenant compte de la microstructure réelle du matériau grâce à l’intégration d’images acquises par microtomographie à rayons X en entrée du modèle. La neige est considérée comme un matériau granulaire cohesif, et une méthode originale a été développée afin de modéliser la forme de chaque grain. Les grains individuels sont ensuite assemblés pour reconstituer la matrice de la neige grâce à la prise en compte de lois de contact cohésives.Le modèle a été utilisé afin d’explorer la réponse mécanique macroscopique de différent échantillons de neige à un chargement mixte normal-cisaillant. Trois modes de rupture ont été observés dans tous les échantillons de neige testés, en fonction du niveau de contrainte normale appliquée : une rupture en cisaillement localisée pour des niveaux de contrainte normale faibles (mode A), un effondrement normal induit par rupture en cisaillement à des niveaux intermédiaires de contrainte normale (mode B) et un effondrement normal pour des valeurs de contrainte normale élevées (mode C). Ces différents modes de rupture produisent une enveloppe de rupture fermée dans l’espace des contraintes, ce pour les différents types de neige étudiés.Les mécanismes internes conduisant à l’effondrement normal des échantillons ont été étudiés plus en détail à l’échelle microscopique. Il a été montré que ce mode de rupture était associé à un mécanisme de flambement des chaînes de force. En outre, la stabilité de ces chaînes de force semble être contrôlée par les contacts entre les éléments des chaînes et les grains environnants. La rupture de ces contacts, observée dans les modes B et C, autorise le développement du flambement des chaînes de force et aboutit à l’effondrement volumique
Dry slab snow avalanches represent a major natural hazard that is extremely difficult to manage. Attempts to model this phenomenon are hindered by the lack of a constitutive law that would describe the mechanical behaviour of snow on a material scale. In particular, relatively little is known on the failure and post-failure response of snow at high loading-rates. The highly fragile nature of the material in this deformation regimerenders experimental investigation difficult and complicates observation at the microstructural level.As an alternative to experiments, a Discrete Element Method-based numerical model of snow is developed in this thesis. The model enables us to simulate the response of snow to mechanical loading, while accounting for actual snow microstructure by using X-ray attenuation images of snow microstructure as input. Snow is considered as a cohesive granular material and an original methodology is developed in order to model the shape of each grain. Individual grains are bound into the snow matrix by modelling cohesion between neighbouring grains.The model is then used to explore the macroscopic mechanical response of different snow samples to mixed-mode loading. Three typical modes of failure are observed in all tested snow samples, depending on the level of applied normal stress: a localized shear failure at low normal stress (mode A), a shear failure-induced volumetric collapse at intermediate levels of normal stress (mode B), and a normal failure and collapse for high values of normal stress (mode C). The observed failure modes result in closed failure envelopes and no qualitative difference is observed between the mechanical responses of different snow types.The internal mechanisms that lead to volumetric collapse are further examined on the microscale. Force chain buckling is identified as a trigger of this material instability. Additionally, force chain stability appears to be controlled by the contacts between the force chain members and the surrounding grains. The failure in these contacts, which is evidenced in modes B and C, allows force chain buckling to develop and results in subsequent volumetric collapse

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Duranteau, Mickaël. "Dynamique granulaire à l'approche de l'état critique." Phd thesis, Université Rennes 1, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00977530.

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Abstract:

La dynamique granulaire amenant à l'état critique présente un intérêt dans la compréhension de la déstabilisation menant à l'avalanche. Son étude permet d'avoir des pistes de compréhension sur des mécanismes plus complexes telles les catastrophes géophysiques (séismes, glissements de terrain, éboulements). Ainsi, lorsqu'un milieu granulaire tridimensionnel sous gravité est quasi-statiquement incliné, des précurseurs sont observés à partir d'une dizaine de degrés avant l'avalanche. Ces précurseurs correspondent à des réarrangements collectifs de grains observés à la surface qui apparaissent pseudo-périodiquement avec l'angle d'inclinaison. Cette thèse fournit une caractérisation expérimentale des précurseurs détectés à la surface par méthode optique et dans le volume par méthodes acoustiques (linéaire et non linéaire). Tout d'abord, de bonnes corrélations sont trouvées entre les réarrangements à la surface et dans le volume. Dans un second temps, l'étude est poursuivie avec une liste non exhaustive de paramètres influant sur les propriétés des précurseurs. L'état de surface des grains est crucial pour la dynamique des précurseurs. Puis, une tentative de description de la déstabilisation est réalisée avec notamment la mesure de la variation des paramètres élastiques. Les précurseurs d'avalanches correspondent à des pertes successives de rigidité du système, suivies du renforcement de ce dernier.

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Caccamo, Paolo. "Experimental study of the influence of protection structures on avalanches and impact pressures." Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENU043/document.

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Abstract:

L'auteur n'a pas fourni de résumé en français
Experimental study of the influence of protection structures on avalanches and impact pressures Abstract: In the frame of snow avalanche protection, the optimisation of defence structure design depends on the understanding of the flow dynamics and on a exhaustive knowledge of the flow-obstacle interaction. The study presented here utilises a mainly experimental approach. Small-scale laboratory tests were combined with field measurements and observations. Dense snow avalanches are modelled by granular materials. Dry cohesionless and mono-dispersed glass beads are released down an inclined channel. Reference tests (with no obstacles) were carried out in order to characterise the flow dynamic properties, and an obstacle was then mounted and force measurements were taken. The geometry of two obstacles was tested: a large wall spanning the whole width of the flow and a narrower wall allowing lateral flows. Results showed that an influence zone forms uphill from the obstacle and plays an important role in the flow dynamics. An analysis of this zone was carried out, together with precise measurements of the flow depth (laser technique), surface velocity (PIV) and impact forces (force sensors). In relation to density currents, powder snow avalanches are modelled by a dyed salt solution flowing down an inclined channel immersed in a water tank. We investigated the influence of two different catching-dam-type obstacles on the flow behaviour with respect to reference conditions. The maximum flow height and its front and core velocity were measured by means of image processing and ultrasound Doppler velocimetry. Results mainly showed the higher effectiveness of a dam with vertical uphill face rather than inclined and underscored the importance of the velocity norm in the computation of the total incoming flow velocity. In-situ full-scale measurements complement small-scale laboratory tests. A new full-scale experimental site was implemented on the existing avalanche defence system of Taconnaz (Chamonix, France). Three breaking mounds were equipped with velocity and pressure sensors. The reference event, the rough site conditions, the need for data synchronization and remote access defined the design constraints. In December 2010, the first event was recorded, which proved that the conceived system works effectively and also provided the first set of data. Preliminary results showed very high pressure peaks with high impact pressures even for low velocity regimes and thus a drag coefficient which increases when the Froude number decreases. Isolated rocks or ice blocks struck the sensors, contributing significantly to the total energy released by the avalanche. This work provided effective inputs for numerical and analytical models and enhanced the current knowledge of avalanche dynamics in order to optimise the future design guidelines for avalanche protection structures. Keywords: Snow avalanches, impact pressure, laboratory experiments, dense avalanches, granular flows, influence zone, dead zone to granular jump transition, powder avalanches, density currents, ultrasound Doppler velocimetry, full-scale measurements

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Lherminier, Sébastien. "Avalanches invariantes d’échelle dans un milieu granulaire modèle." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSE1229/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse a pour objectif la reproduction et l'analyse du comportement invariant d'échelle, tel que l'on peut le trouver dans la nature et en particulier au niveau d'une faille tectonique. Pour cela, une expérience reproduisant la structure locale d'une faille par le cisaillement d'un milieu granulaire 2D a été montée et exploitée. L'utilisation de conditions aux limites périodiques dans cette expérience permet l'acquisition d'une statistique très riche, principal défaut des expériences présentes dans la littérature. Le suivi du système est effectué à la fois par des moyens optiques, mécaniques et acoustiques, ces derniers fournissant les informations les plus nombreuses et les plus précises. La dynamique a montré une invariance d'échelle compatible avec les lois statistiques existantes pour les tremblements de terre réels. Les corrélations entre les avalanches et entre les différents moyens de mesure sont analysées. Des expériences complémentaires ont été réalisées pour mieux comprendre les mécanismes à l'œuvre lors du déclenchement d'une avalanche et pendant son déroulement. La principale concerne la propagation d'une onde acoustique au sein d'un milieu granulaire, et a montré qu'une simple mesure de la vitesse de l'onde permet d'obtenir des informations sur la structure interne de l'empilement. L'utilisation d'un matériau photoélastique a permis, suite à une calibration adaptée, de sonder les forces locales au niveau des contacts entre grains et de voir l'évolution des réseaux de force dans le milieu au cours du cisaillement
The aim of this thesis is to reproduce and analyze the scale invariant behavior, as one can find in nature and in particular for a tectonic fault. Thus we set an experiment which reproduces the local structure of a fault thanks to a sheared 2D granular medium. The use of periodic boundaries in the experiment allows us to gain a very rich statistics, which was lacking in previous experiments presented in the literature. The system is monitored by three different methods: optical, mechanical and acoustics, which gives the most numerous and most precise informations. We observed scale invariant dynamics, consistent with statistical laws derived for real earthquakes. We also analyzed the correlations between avalanches and between the three monitoring methods. Additional experiments have been performed to better understand the mecanisms that take place at the triggering and during an avalanche. The main one focuses on sound wave propagation inside a granular pile, and we have shown that a mere velocity measure can give information about the internal structure of the pile. The use of a photoelastic material allows us (with appropriate calibration) to probe local forces at the edges and contacts of the grains and to see the evolution of force chains during the shear

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Marks, Benjamin. "Grainsize dynamics of granular flows." Thesis, The University of Sydney, 2013. http://hdl.handle.net/2123/9372.

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Abstract:

This dissertation deals with the description of a granular material as a continuum with an internal coordinate that represents the grainsize distribution. The inclusion of this internal coordinate allows us to describe polydispersity in a natural and simple manner. The bulk of this dissertation is built on four published papers. Each paper is prefaced by an introductory section, where the motivation for the paper is presented. In the first paper, I show how the fundamental mechanism of granular segregation can be represented in a cellular automaton. An equivalent continuum model is derived from the rules of the cellular automaton, similar to previous theories. The second paper extends this mechanism to include arbitrary grainsize distributions in a continuum framework. This continuum description predicts not only the evolution of the grainsize distribution in space and time, but also kinematics. I show an extension of the theory in Chapter 5 so that it can be included in a numerical continuum solver. This is then used to predict steady state grainsize distributions in Chapter 6, which are shown to be a function of only the stress gradient and diffusivity. This new continuum theory predicts that segregation will create a lubrication effect that accelerates the flow. In the third paper, I show experimentally how this effect creates additional forces when a granular avalanche impacts an obstacle. At experimental scale, a 20% increase in force is measured. In the final paper, comminution is added to the grainsize framework in a new cellular automaton, allowing me to model crushable flows. I show how the grainsize distributions measured in confined comminution can be predicted from this model. Additionally, when segregation is introduced log-normal grainsize distributions develop as in avalanche flow. The transition from power law to log-normal grainsize distributions is explained as an interaction between comminution and segregation.

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De, Toni Stefano. "A two-dimensional model for the dynamics of granular avalanches." Doctoral thesis, Università degli studi di Trento, 2005. https://hdl.handle.net/11572/369168.

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Abstract:

Zoning of avalanche risk areas is one important task of land-use planning in alpine areas. The lack of records, due to the low frequency of these events, makes it di cult to implement a statistical analysis. Simulations made with physical and mathematical models can improve the knowledge of the dynamics of these events. In this thesis three di different mathematical and numerical models, based on the rheological theory of Savage and Hutter for granular flows, are introduced. A one dimensional model with variable width, written in a curvilinear coordinate system, has been developed. New rheological hypotheses have been introduced in order to describe the frictional interaction with vertical sides. The model has been tested against experimental data, relevant to cases with constant width, collected in the literature. The results give a first confirmation of the rheology, but a campaign of laboratory experiments is necessary in order to verify the model in cases with variable width. The two-dimensional model, implemented at the Department of Civil and Environmental Engineering, has been developed. It was originally written in an horizontal coordinate system, assuming a linear stress tensor distribution and the constancy of the velocity along the vertical instead of along the normal to the bottom direction. The model has been improved by defining a rotated absolute coordinate system, which best fits the sliding surface. This modification corrected the initial delay shown in the simulations of the original model, with respect to the experimental data reported by Gray et al.(1993) in literature. An experimental campaign has been carried out in order to calibrate the two-dimensional model. A two-axial moving system, carrying a laser distance sensor, has been added to the double slope chute of the Hydraulic Laboratory of the University of Trento, in order to automatically scan the final deposits. Alternative choices of the structure of the stress tensor have been tested against experimental data. The two-dimensional model cannot still be applied to real cases. The severe distortion of the mesh, due to strong planimetric gradients of velocity, causes the crash of the model in presence of complex topographies. We focused our attention on meshless methods in order to solve this type of problems. In meshless methods, the computational nodes, which discretize the fluid domain, are not bound by topological relations, as in finite difference and nite element methods. This make them suitable to problems characterized by mass separations, strong deformations and discontinuities. The Moving Least Square Particle Hydrodynamics (MLSPH) method, created by Dilts (1999, 2000), has been applied to the one-dimensional model developed at the Department of Civil and Environmental Engineering of Trento. In the MLPSH model the equations of motion are written in weak form and the field variables of the problem are approximated by means of the Moving Least Square Approximants (MLSA) (Lancaster and Salkauskas (19)). The one-dimensional MLSPH model showed a strong increase of the computational time with respect to its original version, not compensated by a significant improve of performances. Nevertheless, the extension to the two-dimensional case, where more strict constraints are imposed by the mesh, looks promising. The avalanche site of Lavina Granda, in Vigolana range, has been equipped in order to measure the dynamic parameters of real avalanches. We set up three sections for velocity measurements, one section for flowing depth measurement, two graduated poles to estimate snow cover depth in the initiation zone. Wooden tracers were spread over the catchment in order to evaluate avalanche activity. During the winter season 2002-2003 no avalanche activity affected the channel. On summer 2003 a debris flow ran down along the channel. Its flowing velocity was measured and its paths were identified by means of the wooden tracers. During the winter 2003-2004 three granular avalanches and one powder avalanche took place in the channel. The final deposit of the first granular avalanche has been mapped through a detailed topographical survey. A quick topographical survey has been tested in order to evaluate the geometrical modifications of the sliding surface, due to the passage of the avalanches.

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De, Toni Stefano. "A two-dimensional model for the dynamics of granular avalanches." Doctoral thesis, University of Trento, 2005. http://eprints-phd.biblio.unitn.it/609/3/StefanoDeToni2005.pdf.

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Abstract:

Zoning of avalanche risk areas is one important task of land-use planning in alpine areas. The lack of records, due to the low frequency of these events, makes it dicult to implement a statistical analysis. Simulations made with physical and mathematical models can improve the knowledge of the dynamics of these events. In this thesis three didifferent mathematical and numerical models, based on the rheological theory of Savage and Hutter for granular flows, are introduced. A one dimensional model with variable width, written in a curvilinear coordinate system, has been developed. New rheological hypotheses have been introduced in order to describe the frictional interaction with vertical sides. The model has been tested against experimental data, relevant to cases with constant width, collected in the literature. The results give a first confirmation of the rheology, but a campaign of laboratory experiments is necessary in order to verify the model in cases with variable width. The two-dimensional model, implemented at the Department of Civil and Environmental Engineering, has been developed. It was originally written in an horizontal coordinate system, assuming a linear stress tensor distribution and the constancy of the velocity along the vertical instead of along the normal to the bottom direction. The model has been improved by defining a rotated absolute coordinate system, which best fits the sliding surface. This modification corrected the initial delay shown in the simulations of the original model, with respect to the experimental data reported by Gray et al.(1993) in literature. An experimental campaign has been carried out in order to calibrate the two-dimensional model. A two-axial moving system, carrying a laser distance sensor, has been added to the double slope chute of the Hydraulic Laboratory of the University of Trento, in order to automatically scan the final deposits. Alternative choices of the structure of the stress tensor have been tested against experimental data. The two-dimensional model cannot still be applied to real cases. The severe distortion of the mesh, due to strong planimetric gradients of velocity, causes the crash of the model in presence of complex topographies. We focused our attention on meshless methods in order to solve this type of problems. In meshless methods, the computational nodes, which discretize the fluid domain, are not bound by topological relations, as in finite difference and nite element methods. This make them suitable to problems characterized by mass separations, strong deformations and discontinuities. The Moving Least Square Particle Hydrodynamics (MLSPH) method, created by Dilts (1999, 2000), has been applied to the one-dimensional model developed at the Department of Civil and Environmental Engineering of Trento. In the MLPSH model the equations of motion are written in weak form and the field variables of the problem are approximated by means of the Moving Least Square Approximants (MLSA) (Lancaster and Salkauskas (19)). The one-dimensional MLSPH model showed a strong increase of the computational time with respect to its original version, not compensated by a significant improve of performances. Nevertheless, the extension to the two-dimensional case, where more strict constraints are imposed by the mesh, looks promising. The avalanche site of Lavina Granda, in Vigolana range, has been equipped in order to measure the dynamic parameters of real avalanches. We set up three sections for velocity measurements, one section for flowing depth measurement, two graduated poles to estimate snow cover depth in the initiation zone. Wooden tracers were spread over the catchment in order to evaluate avalanche activity. During the winter season 2002-2003 no avalanche activity affected the channel. On summer 2003 a debris flow ran down along the channel. Its flowing velocity was measured and its paths were identified by means of the wooden tracers. During the winter 2003-2004 three granular avalanches and one powder avalanche took place in the channel. The final deposit of the first granular avalanche has been mapped through a detailed topographical survey. A quick topographical survey has been tested in order to evaluate the geometrical modifications of the sliding surface, due to the passage of the avalanches.

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Johnson, Christopher Gurney. "Granular shocks, particle size segregation and levee formation in avalanches and debris flows." Thesis, University of Manchester, 2011. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/granular-shocks-particle-size-segregation-and-levee-formation-in-avalanches-and-debris-flows(a90bcaa3-a056-4691-bc8d-de7b484e2590).html.

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Abstract:

Debris flows, avalanches and other geophysical mass flows pose a significant hazard to settlements in or near mountainous regions. Understanding the physical processes that govern these flows is an essential part of hazard assessment and mitigation strategies. This thesis addresses two aspects of geophysical mass flows: flow self-channelisation due to the formation of lateral levees, and granular shocks, which occur when a rapidly-moving debris flow or avalanche collides with an obstacle. We present the results of large-scale debris flow experiments in which the flow is channelised by coarse-particle levees that form at the flow margins. The flow surface velocities are measured with high speed overhead photography, and the deposits both sampled to obtain the grain size distribution and excavated to recover the deposited locations of tracer pebbles that were introduced in to the flow. We propose a model, supported by evidence from the large-scale experiments, that describes in detail the size segregation and kinematic transport processes responsible for the deposition of lateral levees. The second problem addressed in the thesis concerns granular shocks, or jumps, which are rapid changes in the depth and velocity of granular avalanches. We investigate these through experiments in which a falling jet of granular material impacts on an inclined plane, generating a steady granular jump, which is either teardrop-shaped or 'blunted'. Numerical solutions of a depth-averaged flow model agree quantitatively with many of the observed flow features. We use this model show that the transition between the teardrop-shaped and blunted jump regimes corresponds to a transition between two shock reflection structures, known as a regular and a Mach shock reflection. On planes inclined at a shallow angle, we demonstrate a wide variety of unsteady and channelised flows, which occur due to the complex interaction between flowing and stationary regions of granular material.

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Moro, Francesca. "Snow avalanches: hazard maps and passive defence structures." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2009. http://hdl.handle.net/11577/3426859.

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Abstract:

In Alpine regions snow avalanches are a severe threat for human settlements, activities, and infrastructures. Such natural phenomena may be of two types: powder avalanches and dense snow avalanches. The countermeasures against powder avalanches consist in preventing the initiation of the motion by means of active structures built in the detachment area, or artificially triggering avalanche events. Passive defence structures along the path and in the run-out zone can instead be very effective in deflecting, retarding, or stopping dense snow avalanches. In this thesis some aspects of dense snow avalanches have been experimentally investigated using a granular mass. Small-scale laboratory tests have been performed to study the different types of deposit that dense snow avalanches can form and to measure the impact force on retarding structures positioned along the run-out zone. A procedure for the estimation of dense snow avalanches hazard maps has been defined and the effects of the selected parameters have been analysed.
Nelle regioni Alpine le valanghe di neve rappresentano una grave minaccia per gli insediamenti, le attività e le infrastrutture realizzate dall’uomo. Tali fenomeni sono suddivisi in valanghe polverose e valanghe di neve densa. La difesa contro le valanghe di neve polverosa è quella di prevenire l’innesco della valanga per mezzo di opere di difesa attiva, realizzate nell'area di distacco, o di provocare artificialmente gli eventi valanghivi. Le opere di difesa passiva, invece, possono essere molto efficaci nel deviare, rallentare o arrestare valanghe di neve densa lungo il percorso e nella zona di arresto. In questa tesi sono stati presi in considerazione alcuni aspetti delle valanghe di neve densa utilizzando una massa granulare. Test sperimentali in scala ridotta sono stati realizzati per studiare i differenti tipi di deposito che le valanghe di neve densa possono formare e per misurare la forza d’impatto sulle opere di rallentamento, posizionate lungo la zona di deposito. È stata definita una procedura per la definizione delle carte di pericolosità per le valanghe di neve densa e sono stati analizzati gli effetti dei parametri scelti.

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Gajjar, Parmesh. "Modelling size-segregation in dense granular flows." Thesis, University of Manchester, 2016. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/modelling-sizesegregation-in-dense-granular-flows(2378b72f-6fe6-4464-8d40-c77915d42444).html.

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Abstract:

Dense flows of grains are commonplace throughout natural and industrial environments, from snow-avalanches down the sides of mountains to flows of cereal down chutes as it is transported from one part of a factory to another. A ubiquitous feature in all of these flows is their ability to separate the different grain types when shaken, stirred, sheared or vibrated. Many flows are sheared through gravity and these flows are particularly efficient at segregating particles based on their size, with small particles percolating to the bottom of the flow and large particles collecting at the top. Within this mechanism, an asymmetry between the large and small particles has been observed, with small particles percolating downwards through many large particles at a faster rate than large particles rise upwards through many small particles. This alternative format thesis presents a revised continuum model for segregation of a bidisperse mixture that can account for this asymmetry. A general class of asymmetric segregation flux functions is introduced that gives rise to asymmetric velocities between the large and small grains. Exact solutions for segregation down an inclined chute, with homogenous and normally graded inflow conditions, show that the asymmetry can significantly enhance the distance for complete segregation. Experiments performed using a classical shear-box with refractive index matched scanning are able to quantify the asymmetry between large and small particles on both bulk and particle scales. The dynamics of a single small particle indicate that it not only falls down faster than a single large particle rises, but that it also exhibits a step-like motion compared to the smooth ascent of the large grain. This points towards an underlying asymmetry between the different sized constituents. The relationship between the segregation-time and the volume fraction of small grains is analysed, and solutions presented for the steady-state balance between segregation and diffusive remixing. These help to show the good agreement between the asymmetric model and experimental data. Segregation at the front of natural avalanches produces a recirculation zone, known as a `breaking size-segregation wave', in which large particles are initially segregated upwards, sheared towards the front of the flow, and overrun before being resegregated again. Solutions for the structure of this recirculation zone are derived using the asymmetric flux model, revealing a novel `lens-tail' structure. Critically, it is seen that a few large particles starting close to the bottom of the flow are swept a long way upstream and take a very long time to recirculate. The breaking size-segregation waves highlight the important interplay between segregation and the bulk velocity field. The properties of flowing monodisperse grains are explored through experiments on a cone that produce a beautiful radial fingering pattern. Equations developed in a conical coordinate system reproduce the measured linear relationship between fingering radius and initial flux, whilst also predicting the slowing and thinning dynamics of the flow. Overall, these results illustrate the complex nature of the granular rheology and provide perspectives for future modelling of segregation in dense granular flows.

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Cawthorn, Christopher John. "Several applications of a model for dense granular flows." Thesis, University of Cambridge, 2011. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/245044.

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Abstract:

This dissertation describes efforts to evaluate a recently proposed continuum model for the dense flow of dry granular materials (Jop, Forterre & Pouliquen, 2006, Nature, 441, 167-192). The model, based upon a generalisation of Coulomb sliding friction, is known to perform well when modelling certain simple free surface flows. We extend the application of this model to a wide range of flow configurations, beginning with six simple flows studied in detailed experiments (GDR MiDi, 2004, Eur. Phys. J. E, 14, 341-366). Two-dimensional shearing flows and problems of linear stability are also addressed. These examples are used to underpin a thorough discussion of the strengths and weaknesses of the model. In order to calculate the behaviour of granular material in more complicated configurations, it is necessary to undertake a numerical solution. We discuss several computational techniques appropriate to the model, with careful attention paid to the evolution of any shear-free regions that may arise. In addition, we develop a numerical scheme, based upon a marker-and-cell method, that is capable of modelling two-dimensional granular flow with a moving free surface. A detailed discussion of our unsuccessful attempt to construct a scheme based upon Lagrangian finite elements is presented in an appendix. We apply the marker-and-cell code to the key problem of granular slumping (Balmforth & Kerswell, 2005, J. Fluid Mech., 538, 399-428), which has hitherto resisted explanation by modelling approaches based on various reduced (shallow water) models. With our numerical scheme, we are able to lift the assumptions required for other models, and make predictions in good qualitative agreement with the experimental data. An additional chapter describes the largely unrelated problem of contact between two objects separated by a viscous fluid. Although classical lubrication theory suggests that two locally smooth objects converging under gravity will make contact only after infinite time, we discuss several physical effects that may promote contact in finite time. Detailed calculations are presented to illustrate how the presence of a sharp asperity can modify the approach to contact.

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Rognon, Pierre. "Rhéologie des matériaux granulaires cohésifs. Application aux avalanches de neige dense." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002450.

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Abstract:

Le but de cette thèse est de mesurer le comportement rhélogique de la neige en écoulement et de comprendre les mécanismes physiques qui le contrôle. Pour répondre à cette double attente, deux approches complémentaires sont abordées : les écoulements expérimentaux de neige naturelle et les simulations numériques discrètes d'écoulements granulaires. La particularité des expériences est qu'elles se déroulent en haute montagne. Elles consistent à générer des écoulements de neige naturelle dans un canal à pente et débit contrôlés. Les mesures de profil de vitesse révèlent un comportement rhéologique atypique. Pour comprendre l'origine de ce comportement à l'échelle des grains de neige, nous avons simulé (méthode de dynamique moléculaire) des écoulements de grains cohésifs d'une part, et polydisperses d'autre part. Les géométries du cisaillement plan homogène et le plan incliné rugueux permettent d'identifier l'effet de la cohésion ou de la polydispersité sur le comportement rhéologique des grains, et de le comparer à celui de la neige.

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Kiesgen, de Richter Sébastien. "Étude de l’organisation des réarrangements d’un milieu granulaire sous sollicitations mécaniques." Rennes 1, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00462390.

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Abstract:

La réponse à des vibrations et l'étude de la stabilité des pentes ont une place particulière dans l'étude des milieux granulaires. Ces études peuvent d'une part nous renseigner sur le comportement des milieux granulaires présents dans le milieu naturel et souvent soumis à ces deux types de sollicitations (avalanches de grains, éboulements de roches, dynamique des dunes, tremblements de terre,. . . ). D'autre part, elles permettent d'appréhender ces milieux comme des systèmes modèles hors équilibre et d'analyser les résultats à la lumière de ceux obtenus sur la dynamique des systèmes vitreux. Nous avons tout d'abord étudié expérimentalement par des méthodes optiques et acoustiques la réponse d'un milieu granulaire lentement incliné. La dynamique présente deux régimes: un régime de petits réarrangements indépendants et localisés est suivi d'un régime intermittent caractérisé par de grands évènements de type "précurseurs" au voisinage de l'angle d'avalanche. Ce régime dit de "précurseurs" correspond à un mouvement collectif de l'ensemble des grains situés à la surface de l'empilement. Nous mettons en évidence l'importance du détail microscopique de l'intéraction entre les grains et de la condition à la limite à la base de l'empilement sur la dynamique du système dans ce régime. La dynamique globale du système a été étudiée et comparée à un modèle simple de type automate cellulaire. Dans un second temps, nous avons étudié numériquement la réponse d'un milieu granulaire soumis à des vibrations. Le comportement du système présente des caractéristiques qui sont communes à tous les systèmes hors équilibre (distributions non-gaussiennes des déplacements, ralentissement et hétérogénéités de la dynamique,. . . ). L'influence de la condition à la limite au fond de l'empilement sur la structuration de celui-ci et sur le ralentissement de la dynamique a également été discutée. Nous avons, en particulier, mis en évidence une zone d'épaisseur environ égale à 5 diamètres de grains où des hétérogénéités dynamiques et de fortes corrélations entre les mouvements des grains apparaissent
The response to vibrations and the study of slope stability are a main topic in the study of granular media. On the one hand, these studies give information on the behavior of granular media submitted to these kind of sollicitations in nature (rockfalls, dune dynamics, earthquakes,. . . )On the other hand, these studies allow a better understanding of granular matter in the framework of out of equilibrium systems like glassy systems. In a first part, we study experimentally the response of a granular medium to increasing inclination with acoustical and optical methods. The dynamics has two regimes: a regime with independent and localized small rearrangements and an intermittent regime with large events("precursors") for inclination angles close to the angle of avalanche. The intermittent regime is constituted of collective motions of all grains at the surface of the packing. We point out the major role played by the microscopic details of the interaction between grains and by the boundary condition at the base of the packing during the inclination. The global dynamics of the system is characterized and compared with those obtained with a simple cellular automaton model. In a second part, we make a numerical study of the response of a vibrated granular medium. The system presents analogies with out of equilibrium systems (non-gaussian distributions of displacements, slowing down and heterogeneities of the dynamics,. . . ). We also discuss the influence of the rough bottom on the structure of the packing and on the dynamics. In particular, we observe that the bottom influences a volume whose thickness is about five grain diameters where heterogeneities and correlations appear

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Mutabaruka, Patrick. "Modélisation numérique des milieux granulaires immergés : initiation et propagation des avalanches dans un fluide." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00984870.

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Abstract:

Les études présentées dans ce mémoire portent sur la simulation numérique et l'analyse physique des milieux granulaires immergés dans un fluide. Des développements numériques ont été réalisés pour coupler la méthode Lattice Boltzmann pour la dynamique du fluide avec la méthode Contact Dynamics en 2D et avec la méthode Molecular Dynamics en 3D pour la dynamique des grains. Ces outils numériques ont été utilisés pour étudier l'initiation des avalanches sur un plan incliné en fonction de la compacité initiale et de l'angle d'inclinaison en 3D. Les résultats sont en bon accord quantitatif avec les expériences et ont permis de mettre en évidence la stabilisation de la pente granulaire par une pression négative du fluide interstitielle induite par la dilatance, et l'évolution spatiotemporelle des grandeurs telles que la compacité et la déformation de cisaillement. Ces évolutions dans la phase de fluage qui précède la rupture de pente ont pu être mises à l'échelle par un modèle théorique incorporant la loi de Darcy et l'effet de la dilatance sur l'angle de frottement interne. L'analyse de la texture granulaire a révélé la distortion du réseau des contacts pendant le fluage et la saturation de l'anisotropie comme un critère de rupture. La propagation des avalanches granulaires a été étudiée dans une configuration 2D pour deux géométries différentes : 1) l'effondrement et l'étalement d'une colonne sous son propre poids, 2) l'étalement d'une pente sous l'effet d'une énergie cinétique injectée. Nous avons en particulier montré que la distance et la durée d'étalement obéissent à des lois de puissance en fonction du rapport d'aspect initial ou de l'énergie injectée. Le fluide exerce deux effets contradictoires : réduire les temps de relaxation et lubrifier les contacts. Ces effets ont été analysés dans le régime visqueux en fonction des conditions initiales et la viscosité du fluide.

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Malloggi, Florent G. J. "Etudes expérimentales d'avalanches granulaires." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001630.

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Abstract:

- Les instabilités de dépôts granulaire sont omniprésentes dans la nature, elles présentent un comportement solide et liquide comme en témoigne les avalanches et les écoulements de boue qui sont a l'origine de nombreuses catastrophes humaines et économiques. Malgré son importance pratique, ces phénomènes sont encore loin d'être compris et bien décrit notamment en raison du manque de compréhension de leur rhéologie. Ce manuscrit présente une étude expérimentale d'avalanche se propageant sur une couche granulaire érodable. Dans la première partie, l'équilibre d'une couche granulaire sur un plan incline est étudiée, aussi bien dans l'air que dans l'eau. A partir de ce dépôt granulaire, la méthode de propagation d'avalanche est expliquée dans ces différentes phases. La rhéologie des écoulements stationnaires de sable est déduite et comparée aux résultats communément trouvés. Des mesures expérimentales, dites "méthode de la lame de suie" et "méthodes des feuillets colorées", montrent l'existence d'une couche statique prenant place sous l'écoulement. Dès lors la rhéologie précédemment établie est modifiée permettant ainsi de décrire les avalanches en termes de rhéologie locales. En appliquant cette rhéologie aux cas des ondes solitaires érosives, le profil d'érosion en est extrait. Pour le sable sur la feutrine il ressort que l'onde ne creuse pas la couche jusqu'au fond tandis que pour les ondes de billes la couche est entièrement érodée. Dans la dernière partie la stabilité de ces ondes est étudiée. Au delà d'un seuil les ondes se déstabilisent transversalement. Après une longueur d'onde initiale, un phénomène de coalescence par fusion est observé. Ce dernier est lui-même stoppé par la formation de doigts. Une étude expérimentale de stabilité a montré que c'est une instabilité linéaire à grande longueur d'onde et à nombre d'onde nul. Toutes les longueurs d'onde mesurées aussi bien dans l'air que dans l'eau se regroupent autour d'une même courbe dès lors qu'elles sont adimensionnées par la taille des grains.

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Ma, Ying. "Analyse de l'effet d'une avalanche de neige sur un ouvrage de protection type galerie paravalanche : Expérimentation. Modélisation." Chambéry, 2008. http://www.theses.fr/2008CHAMS024.

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Abstract:

Les avalanches de neige sont un des risques naturels majeurs des régions montagneuses. Les grandeurs physiques de l'avalanche telles que la vitesse, l'épaisseur et la densité sont difficiles à évaluer au sein même de l'écoulement, alors qu'elles sont à la base des modèles d'avalanche. C'est pour ces raisons que la détermination des sollicitations exercées par l'avalanche de neige sur les ouvrages de type galerie paravalanche s'avère problématique. Le niveau de protection de ce type d'ouvrage est donc difficilement quantifiable. Dans une première partie de ce travail, nous avons fait un inventaire des ouvrages de protection et des modèles d'avalanches couramment utilisés. La deuxième partie de notre travail porte sur la connaissance et la détermination des sollicitations avalancheuses et, leurs variations spatio-temporelles sur les structures de type galerie paravalanche. Pour ceci, une expérimentation a été réalisée sur une plaque instrumentée de capteur de force placée dans un couloir d'avalanche sur le site naturel du Col du Lautaret. Pour compléter ces résultats, une expérimentation d'écoulement granulaire dans un canal incline a été mise en place. Les résultats expérimentaux montrent que les sollicitations d'impact ont des valeurs très élevées proche de la rupture de pente et qu'elles décroissent rapidement avec l'augmentation de la distance par rapport à cette rupture. La dernière partie de notre travail consiste à étudier avec le logiciel EF Fedeaslab les réponses dynamiques de la structure des galeries paravalanches sous les chargements avalancheux obtenus expérimentalement. L'effet dynamique sur la structure a été quantifié en comparant les réponses de la structure sous chargement dynamique puis statique
The snow avalanche is one of the major natural hazards in mountainous regions. The modelling of snow avalanche depends on the precise estimation of physical properties of the avalanche such as velocity, height and density, which are difficult to assess in the flow. For these reasons, the determination of solicitations performed by the snow avalanche on the snow shed becomes problematic. The level of protection of this type of structure is therefore difficult to quantity. In the firs part of this work, we proposed the innovative the structures of protection and the models of avalanches commonly used. The second part of our work concerns the determination of the solicitations of the avalanche as well as the effects of their spatial and temporal variations on the snow shed. For this, an experiment that consists of a plate of instrumented force sensors in the natural site of "Col du Lautaret" was carried out. To complement these results, an experiment of granular flow in an inclined canal was implemented in laboratory. The experimental results show that the values of the impact solicitations are very high at the rupture of slope, and they decrease rapidly when the distance to the rupture of slope increases. The last part of our work is to study the dynamic responses of the snow-shed structure under avalanche loads obtained by experimentation, using the EF software Fedeaslab. The dynamic effect on the structure has been quantified by comparing with the calculations under static loads

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Huang, Xixi. "Influence des particules fines sur la stabilité d'un milieu granulaire." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00963654.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est de comprendre l'influence des particules très fines sur le phénomène de ré-agglomération lors du broyage. Des billes de verre de taille 0 à 20 µm avec un pourcentage massique variant entre 0 à 1% sont ajoutées dans un tas granulaire de billes de verre de 200 à 300 µm dans un tambour tournant cylindrique de diamètre et longueur 10 cm. La présence des particules fines montre un effet ambivalent sur la stabilité du tas granulaire. Nous avons établi un diagramme de stabilité du milieu granulaire en fonction de la concentration de particules fines et cherché à quantifier l'effet des fines combiné avec d'autres paramètres (humidité relative et vitesse de rotation du tambour). La stabilité d'un tas granulaire dans un tambour tournant est déterminée par la mesure de son angle maximum de stabilité θm. Dans un premier temps, nous avons étudié l'évolution de cet angle à des vitesses de rotation différentes. Les expériences montrent qu'à faible concentration (< 0; 15%), le tas se déstabilise par avalanches lorsque le tambour tourne, θm diminue lorsqu'on augmente la quantité de fines. Quand la vitesse de rotation augmente, le mouvement du tas évolue du régime d'avalanche intermittent au régime d'écoulement continu. En revanche, lorsque la concentration des fines est supérieure à 0,15%, la déstabilisation du tas se traduit par un phénomène de stick-slip à la paroi du tambour, et la quantité de fines augmente la stabilité du tas. Ce comportement apparemment contradictoire est lié au fait que la localisation de la déstabilisation est modifiée. Dans le régime des faibles concentrations, les avalanches commencent à la surface du tas, et le remplissage de l'espace intermédiaire entre les grosses billes par les fines rend la surface de plus en plus lisse, ce qui déstabilise le tas. Par ailleurs, les fines induisent une augmentation de la cohésion du tas par la nucléation des ponts capillaires entre les grains. Ainsi, dans le régime des fortes concentrations, le tas granulaire se comporte comme un corps solide et la déstabilisation a lieu à l'interface tas-tambour. Nous avons également étudié l'influence de l'humidité relative sur la stabilité et montré que dans le régime de faible concentration de particules fines, la déstabilisation est indépendante de l'humidité. D'autre part dans le régime des hautes teneurs en fines, une humidité relative élevée induit une forte cohésion due à la condensation capillaire entre les grains et le tambour ce qui entraîne une augmentation de l'angle maximum de stabilité.

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Dagois-Bohy, Simon. "Le Chant des Dunes, Mouvements Collectifs dans un Écoulement Granulaire." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00770253.

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Abstract:

Le chant des dunes est un phénomène naturel qui a longtemps éveillé la curiosité des hommes du désert, de Marco Polo à R.A. Bagnold. Les observations scientifiques du XXème siècle ont montré que le son est émis par la vibration cohérente de la surface libre d'un écoulement de ces grains chantants, et que ce son est soumis à un phénomène de seuil qui dépend de beaucoup de paramètres. Pour comprendre le mécanisme qui synchronise le mouvement des grains entre eux, nous avons effectué deux voyages au Maroc et à Oman pour observer les dunes chantantes sur le terrain, dont nous avons rapporté plusieurs échantillons de sable chantant. En étudiant leurs propriétés microscopiques, nous avons montré que ces sables sont recouverts d'un vernis qui augmente leurs propriétés d'adhésion et de frottement. Grâce à une expérience à cisaillement variable, nous avons caractérisé la dépendance du seuil avec l'humidité et les paramètres d'écoulement. Dans une expérience d'avalanches, nous avons réussi à reproduire le chant des dunes sur le terrain, et nos observations montrent qu'une partie de l'écoulement a une vitesse homogène, comme un bloc solide. De plus, cette expérience montre aussi que la synchronisation ne peut être due à une onde acoustique dans le milieu granulaire. Nous avons alors développé un modèle basé sur l'interaction entre les chaînes de forces dans l'écoulement de cisaillement et la partie où la vitesse est homogène. Ce modèle a un bon accord quantitatif avec les mesures, et il permet de rendre compte de toutes les observations qualitatives faites sur le chant des dunes.

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Doppler, Delphine. "Stabilité et dynamique de pentes granulaires sous-marines." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00109458.

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Abstract:

Cette thèse consiste en l'étude expérimentale de la dynamique d'une interface granulaire inclinée et cisaillée par un écoulement d'eau laminaire, continu. Dans le canal de géométrie contrôlée, deux modes de transport sédimentaires sont observables : par érosion hydrodynamique et par écoulement gravitaire en masse.
Une première étude est consacrée aux seuils de mise en mouvement des particules. Deux modèles simples prenant en compte la gravité, la friction entre particules et le cisaillement du fluide, permettent de retrouver l'influence de la vitesse de l'écoulement d'eau et de la pente du lit sur les seuils de transport par érosion et par avalanche.
Le régime d'écoulements gravitaires est ensuite exploré pour des pentes au-delà de l'angle maximal de stabilité. Les mesures d'évolution de la pente du tas et du débit de particules (par PIV) montrent que l'avalanche atteint rapidement un régime quasi-stationnaire. La vitesse des grains dépend uniquement de la pente du tas, dans une relation quantitativement prédite par un modèle adapté des développements récents de modélisation de la rhéologie des granulaires.
Dans une troisième partie on s'intéresse à la déformation de l'interface granulaire dans un régime particulier. La formation de rides à tourbillon est observée à la surface de l'avalanche, lorsqu'on applique un écoulement d'eau qui tend à transporter les particules dans la direction opposée. Après une phase initiale de croissance exponentielle, l'amplitude des rides sature. La zone de recirculation à l'arrière de la ride semble contrôler la forme des structures tandis que la quantité de matière transportable par l'avalanche semble déterminer leur amplitude.

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Arran, Matthew Iain. "Avalanching on dunes and its effects : size statistics, stratification, & seismic surveys." Thesis, University of Cambridge, 2018. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/278773.

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Abstract:

Geophysical research has long been interdisciplinary, with many phenomena on the Earth's surface involving multiple, linked processes that are best understood using a combination of techniques. This is particularly true in the case of grain flows on sand dunes, in which the sedimentary stratification with which geologists are concerned arises from the granular processes investigated by physicists and engineers, and the water permeation that interests hydrologists and soil scientists determines the seismic velocities of concern to exploration geophysicists. In this dissertation, I describe four projects conducted for the degree of Doctor of Philosophy, using a combination of laboratory experimentation, fieldwork, numerical simulation, and mathematical modelling to link avalanching on dunes to its effects on stratification, on the permeation of water, and on seismic surveys. Firstly, I describe experiments on erodible, unbounded, grain piles in a channel, slowly supplied with additional grains, and I demonstrate that the behaviour of the consequent, discrete avalanches alternates between two regimes, typified by their size statistics. Reconciling the `self-organised criticality' that several authors have predicted for such a system with the hysteretic behaviour that others have observed, the system exhibits quasi-periodic, system-spanning avalanches in one regime, while in the other avalanches pass at irregular intervals and have a power-law size distribution. Secondly, I link this power-law size distribution to the strata emplaced by avalanches on bounded grain piles. A low inflow rate of grains into an experimental channel develops a pile, composed of strata in which blue-dyed, coarser grains overlie finer grains. Associating stopped avalanche fronts with the `trapped kinks' described by previous authors, I show that, in sufficiently large grain piles, mean stratum width increases linearly with distance downslope. This implies the possibility of interpreting paleodune height from the strata of aeolian sandstones, and makes predictions for the structure of avalanche-associated strata within active dunes. Thirdly, I discuss investigations of these strata within active, Qatari barchan dunes, using dye-infiltration to image strata in the field and extracting samples across individual strata with sub-centimetre resolution. Downslope increases in mean stratum width are evident, while measurements of particle size distributions demonstrate preferential permeation of water along substrata composed of finer particles, explaining the strata-associated, localised regions of high water content discovered by other work on the same dunes. Finally, I consider the effect of these within-dune variations in water content on seismic surveys for oil and gas. Having used high performance computing to simulate elastic wave propagation in the vicinity of an isolated, barchan sand dune, I demonstrate that such a dune acts as a resonator, absorbing energy from Rayleigh waves and reemitting it over an extensive period of time. I derive and validate a mathematical framework that uses bulk properties of the dune to predict quantitative properties of the emitted waves, and I demonstrate the importance of internal variations in seismic velocity, resulting from variations in water content.

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Staron, Lydie Hélène. "Étude numérique des mécanismes de déstabilisation des pentes granulaires." Paris, Institut de physique du globe, 2002. http://www.theses.fr/2002GLOB0011.

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Abstract:

La destabilisation des pentes naturelles met souvent en jeu des matériaux non consolidés (rochers, sables, terres. . . ) qui constituent une phase solide discrète, granulaire. La façon dont la nature granulaire, par les interactions multiples et dissipatives qu'elle implique, influence d'une part la perte de stabilité d'un sol et d'autre part son écoulement, reste en grande partie à déterminer. Dans cette perspective, la modélisation numérique de milieux granulaires simples est secourable, car elle permet de produire de façon minimale les mécanismes de destabilisation de pentes, en donnant accès à l'ensemble des grandeurs (vitesses, forces. . . ) caractérisant le système multi-contact. Nous modélisons donc par Dynamique des Contacts l'évolution d'un lit granulaire à deux dimensions incliné dans le champ de gravité de manière à en destabiliser la surface libre. Dans un premier temps, la mobilisation du frottement macroscopique est étudiée en relation avec le modèle de plasticité de Mohr-Coulomb. Nous mettons en évidence que la limite de stabilité des lits granulaires intervient avant la limite de plasticité de Coulomb. Une analyse détaillée de la transmission hétérogéne des forces confirme le rôle essentiel de la texture granulaire sur le comportement global des empilements. Dans un second temps, nous nous intéressons aux forces de contact ayant atteint le seuil de frottement de Coulomb, dont la proposition peut être envisagée comme un paramètre d'ordre du système. Nous mettons en évidence l'apparition précoce de zones plastiques ; l'évolution de la taille moyenne de ces zones, divergente à l'approche de la limite de stabilité, suggère que celle-ci résulte d'un processus de percolation. L'analyse des forces et du frottement aux contacts font apparaître une échelle de longueur mésoscopique, de l'ordre de la dizaine de diamètres de grains. Cette échelle semble commander la selection d'une épaisseur coulante lors du déclenchement d'une avalanche de surface. L'ensemble de ces résultats est en faveur d'une description bi-phasique des milieux granulaires

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ARADIAN, Achod André. "Quelques problèmes de dynamique d'interfaces molles." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001386.

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Abstract:

Ce travail de thèse, de nature théorique, présente quatre axes de recherche portant sur la dynamique d'interfaces molles. (1) Gouttes et films de liquide sur substrats poreux : Nous avons étudié la déformation d'une goutte soumise simultanément à une aspiration de liquide et à un ancrage de sa ligne de contact avec le substrat. Nous nous sommes aussi intéressés au problème de l'entraînement d'un film de liquide sur une surface poreuse tirée hors d'un bain : le film a une hauteur finie, que nous avons calculée, et présente une structure non-triviale à l'approche de la ligne de contact. (2) Réticulation et interdiffusion à l'interface entre deux polymères : La formation de joints entre deux pièces de polymère nécessite une bonne interdiffusion des chaînes, qui peut cependant être considérablement contrariée lorsqu'un agent réticulant est introduit (dans le but de renforcer le matériau final). Nous avons modélisé la compétition qui s'installe, en montrant qu'il existait un paramètre de contrôle simple permettant d'optimiser le système et en donnant des prédictions sur l'énergie d'adhésion attendue dans deux régimes-limites. (3) Ecoulements granulaires : Nous donnons le scénario analytique complet du déroulement d'une avalanche sur un tas de sable, en tenant compte de l'effet d'un profil de vitesse linéaire dans la couche roulante. Parmi les prédictions, nous avons trouvé que l'épaisseur maximale devait varier comme la racine carrée de la taille de l'empilement. (4) Dynamique de films de savon verticaux : Les propositions actuelles concernant le mécanisme du drainage de ces films font appel à des instabilités hydrodynamiques se développant au bord du film ("régénération marginale"). Nous avons cherché à en déterminer précisément l'état précurseur : de manière générique, le profil forme une zone de striction, dont nous avons calculé analytiquement les dimensions typiques ; celle-ci pourrait rassembler les caractéristiques nécessaires à l'émergence des instabilités.

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Huang, Yung-Ta, and 黃永達. "Dynamics and Rheology of Finite Dry Granular Mass in Avalanche down an Inclined Smooth Reservoir." Thesis, 2015. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/64222986702315781844.

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Abstract:

博士
國立臺灣大學
機械工程學研究所
104
This work investigates the dynamics and rheology for finite number of nearly identical dry glass spheres in avalanche down a narrow inclined reservoir of smooth frictional bed via both experiments and parallelized discrete element simulation. The objective is first to study if the μ-I rheology law that describes bulk internal friction coefficient, μ, as a monotonically increasing function of dimensionless inertial number, I, for steady uniform flows can also be extracted from a non-uniform transient flow. Second, examine the effective sidewall friction coefficient in which most theoretical studies have assumed a constant value in the application of surface flow modelling. Finally, as an attempt to integrate experiment and simulation, the experimentally measured bulk discharge rate is used to calibrate the contact parameters in simulation while the detailed flow information gained from simulation is utilized to evaluate the assumptions made in the control volume analysis of experimental data. High-speed imaging technique is employed to measure bulk transient dynamics at the reservoir sidewall from which individual spheres can be traced to achieve particle tracking velocimetry. The individual sphere information is coarse-grained to estimate continuous bulk solid volume fraction, ϕ(t,x,y), and streamwise and transverse velocity components,U(t,x,y)andV(t,x,y)which are then applied in a quasi-two-dimensional control volume analysis to estimate internal friction, T(t,x,y). These flow properties are further analyzed to seek bulk instantaneous friction coefficient, μ^'', as a function of instantaneous flow inertial number and the obtained μ^''-I relation agrees qualitatively to that reported for steady flows, supporting its claim as a local rheology law and validating the applicability to unsteady flows. Complementary numerical simulation that reproduces the measured bulk dynamics at sidewall is conducted to extract flow information away from the sidewall and a μ^''-I in qualitative agreement to the measured data for I> 0.02 is obtained. A peculiar trend that μ^'' decays almost linearly with I at small I< 0.02 is revealed, suggesting stress thinning at the onset of bulk motion which should be related to different micro- mechanisms than that giving rise to the robust μ^''-I relation. To describe the decay trend, a simplified model considering the shear-induced dilation of initially compressed one-dimensional force chain upon yielding has been developed, predicting a linear decay at small I. On the other hand, the effective sidewall friction coefficient, μ_w, is not a constant but degrades with flow depth and exhibits a monotonically increasing function of quasi-two-dimensional inertial number at the sidewall, I_w. The fact that rotation at one sphere center can divert surface relative velocity across the contact area to render lower sliding friction is considered to develop a model describing how μ_w drops with the ratio between rotation-induced velocity and sliding velocity, Ω. The numerical data provides the degree of underestimation for flow properties under the quasi-two-dimensional approximation in control volume analysis and reveals anisotropic normal stress and their saturating, not fully hydrostatic, depth profile in addition to the varying μ_w. These findings from numerical simulation are discussed and used to construct a more feasible control volume analysis with in-depth understanding of bulk dynamics in narrow frictional confinement.

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Huang, Tzy-Wei, and 黃志瑋. "Effects of liquid volume and viscosity on the dynamics of granular avalanche down inclined chute." Thesis, 2010. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/74398114627334007073.

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Abstract:

碩士
臺灣大學
機械工程學研究所
98
A laboratory-scale facility composed of an inclined flume and the reservoir is constructed to investigate the moving avalanche of granular behavior with respect to various inclinations and interstitial liquid volume. The unsteady bulk motion of the granular mixtures prepared with matched same potential energy is obtained by employing the high-speed camera with the methods of Circular Hough Transform (CHT) and particle tracking velocimetry (PTV). We find that the bulk-averaged velocity, basal slip velocity and strain-rate profiles of the mixtures are different under non-immersed, partially-immersed and fully-immersed situations. Coexisting liquid has a strong effect on unifying the bulk motion across the flow depth, which indicates that the Savage-Hutter model developed for surface granular flow may be more feasible for capturing the avalanche of immersed mixtures than dry bulk.

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Wei, Li, and 魏立. "Experimental Investigation of Effective Friction Coefficient for Finite Dry Granular Mass in Avalanche down an Inclined Smooth Reservoir." Thesis, 2018. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/t7rg6m.

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Abstract:

碩士
國立臺灣大學
機械工程學研究所
106
This work investigates the dynamics and rheology of a finite number of dry granular spheres in avalanche down a narrow inclined reservoir of smooth frictional bed and glass-made walls at different inclination angles. Systematic experiments were conducted and high-speed imaging technique was used to measure the bulks properties at the sidewall based on individual sphere dynamics. Flow streamwise, transverse velocity components and solid volume fraction U(t,x,y), V(t,x,y) and ϕ(t,x,y) were employed in a quasi-two-dimensional control volume analysis. The objective is first to extract normal stress, isotropic internal stress, and wall frictional stress all together and hence an additional equation of motion is required and we used the balance equation of angular momentum. Depth profiles of these stress and flow variables were reported at different streamwise locations and collected onto the same plot to examine how the internal and wall friction coefficient varies with local inertial number. On the other hand, in order to solve the three-unknown parameters problem, we add a torque equation which connects the internal frictions and angular velocity. And apply the discrete element method data from the previous work by Yung-TA Huang to define the pressure force and the application of non-isotropic normal stress to solve the frictions. Then we calculate the friction coefficients of wall and internal and found that the depth weakening phenomenon of both coefficients. Moreover, both friction coefficients grow with I increases. Finally, the glass wall is cut off ten rectangle areas and then the load cell sensors are set on to directly measure the wall shear and normal forces during avalanche. The depth weakening phenomenon of wall friction coefficient is observed and verified.

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31

Grumbine, David Warren. "Structural basis of avalanches on two-dimensional granular piles /." Diss., 1998. http://gateway.proquest.com/openurl?url_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info:ofi/fmt:kev:mtx:dissertation&res_dat=xri:pqdiss&rft_dat=xri:pqdiss:9914429.

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32

Hong-TingLiu and 劉虹廷. "Subaqueous mass movement –Laboratory experiments of granular avalanches." Thesis, 2017. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/e3r47f.

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33

Nishino, Thomas K. "1/[frequency] dynamics of avalanches on three-dimensional granular piles /." Diss., 1999. http://gateway.proquest.com/openurl?url_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info:ofi/fmt:kev:mtx:dissertation&res_dat=xri:pqdiss&rft_dat=xri:pqdiss:9955168.

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34

Shih-JuChen and 陳仕儒. "A zero-order turbulence closure model of dry granular avalanches." Thesis, 2016. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/89771756098338205800.

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Abstract:

碩士
國立成功大學
土木工程學系
104
Characteristics of the turbulent boundary and passive layers of an isothermal dry granular avalanche with incompressible grains are studied by the proposed zero-order turbulence closure model. The established closure model is applied to analyses of a gravity-driven stationary avalanche with incompressible grains down an incline. While the volume fractions and mean velocity increase from their minimum values on the plane toward maximum values on the free surface exponentially, two-fold turbulent kinetic energies and dissipations evolve in reverse manner. Most two-fold turbulent kinetic energies and dissipations are confined within the thin turbulent boundary layer immediately above the plane, with nearly vanishing two-fold turbulent kinetic energies and finite two-fold turbulent dissipations in the passive layer. Two layers are similarity to those of Newtonian fluids in turbulent boundary layer flows, and are preferable recognized by the distributions of the turbulent kinetic energies and dissipations.

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Marteau, Eloïse Sophie Hélène. "Laboratory Studies of Granular Materials Under Shear: From Avalanches to Force Chains." Thesis, 2018. https://thesis.library.caltech.edu/10879/1/Thesis_Marteau.pdf.

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Abstract:

Granular materials reveal their complexity and some of their unique features when subjected to shear deformation. They can dilate, behave like a solid or a fluid, and are known to carry external forces preferentially as force chains. In this dissertation, we employ laboratory experiments to study the complex behavior of granular materials under shear. We introduce a multiscale approach in which the underlying grain-scale mechanics are experimentally measured and homogenized to obtain enriched macroscopic quantities. First, we investigate granular avalanches spontaneously generated by a rotating drum. Measurements of grain kinematics are directly incorporated into a rate-dependent plasticity model that explains and reproduces the life cycle of laboratory avalanches. The results presented here feature dilatancy as the key material parameter governing the triggering of an avalanche. Second, we report a set of experiments performed on a custom-built mechanical device that allows a specimen composed of a two-dimensional analogue granular assembly to be subjected to quasi-static shear conditions. A numerical force inference technique, the Granular Element Method (GEM), provides direct observation and quantitative characterization of force chain structures in assemblies made of realistic grains. Equipped with a complete description of the grain-scale mechanics, we show that shear deformation creates geometrical (fabric) and mechanical (force) anisotropy. Finally, the influence of grain shape on grain-scale processes is studied. We find that grain interlocking is a prominent deformation mechanism for non-circular grains that ultimately promotes a significant increase in macroscopic shear strength. By seamlessly connecting grain-scale information to continuum scale experiments, this dissertation sheds light on the multiscale mechanical behavior of granular assemblies under shear.

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Ma, Ying. "Analyse de l'effet d'une avalanche de neige sur un ouvrage de protection type Galerie ParavalancheExpérimentation - Modélisation." Phd thesis, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00351762.

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Abstract:

Les avalanches de neige sont un des risques naturels majeurs des régions montagneuses. Les grandeurs physiques de l'avalanche telles que la vitesse, l'épaisseur et la densité sont difficiles à évaluer au sein même de l'écoulement, alors qu'elles sont à la base des modèles d'avalanche. C'est pour ces raisons que la détermination des sollicitations exercées par l'avalanche de neige sur les ouvrages de type galerie paravalanche s'avère problématique. Le niveau de protection de ce type d'ouvrage est donc difficilement quantifiable. Dans une première partie de ce travail, nous avons fait un inventaire des ouvrages de protection et des modèles d'avalanches couramment utilisés. La deuxième partie de notre travail porte sur la connaissance et la détermination des sollicitations avalancheuses et, leurs variations spatio-temporelles sur les structures de type galerie paravalanche. Pour ceci, une expérimentation a été réalisée sur une plaque instrumentée de capteur de force placée dans un couloir d'avalanche sur le site naturel du Col du Lautaret. Pour compléter ces résultats, une expérimentation d'écoulement granulaire dans un canal incliné a été mise en place. Les résultats expérimentaux montrent que les sollicitations d'impact ont des valeurs très élevées proche de la rupture de pente et qu'elles décroissent rapidement avec l'augmentation de la distance par rapport à cette rupture. La dernière partie de notre travail consiste à étudier avec le logiciel EF Fedeaslab les réponses dynamiques de la structure des galeries paravalanches sous les chargements avalancheux obtenus expérimentalement. L'effet dynamique sur la structure a été quantifié en comparant les réponses de la structure sous chargement dynamique puis statique.

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Dissertations / Theses on the topic 'Granular avalanche'

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