Nghiên cứu hành vi của đất mịn trong việc che phủ các cơ sở lưu trữ chất thải

REMERCIEMENTS

INTRODUCTION GÉNÉRALE

1. CHAPITRE 1: INTRODUCTION ET PROBLÉMATIQUE

1.1. Généralités sur les centres de stockage de déchets

1.2. Centre de stockage de déchets classe I : déchets dangereux

1.3. Centre de stockage de déchets de classe II : déchets non dangereux (ménagers et assimilés)

1.4. Centre de stockage de déchets de classe III : déchets inertes

1.5. Les déchets radioactifs

1.6. Classification des déchets radioactifs

1.7. Gestion des déchets radioactifs

1.8. Barrière de fond

1.9. Présentation des installations principales de stockage en France

1.10. Problèmes rencontrés par la couverture

2. CHAPITRE 2: ÉTUDES DES SOLS FINS

2.1. Études des caractéristiques physiques des argiles

2.1.1. Paramètres de nature

2.2. Mise en œuvre des sols fins

2.3. Études des caractéristiques mécaniques des argiles

2.3.1. Le rôle de la teneur en eau

2.3.2. Caractéristiques physiques du sol testé

2.3.3. Étude du compactage

2.3.3.1. Préparation des éprouvettes

2.3.3.2. Étude du compactage

2.3.4. Essai de compression simple

2.3.5. Essai de traction

2.3.6. Courbes enveloppes en contraintes totales

2.3.7. Effet d’un renforcement sur une argile en CSD

2.3.8. Analyse pic et post-pic

2.4. Conclusion et remarques

3. CHAPITRE 3: EXPÉRIENCE DE SOULEVEMENT IN SITU

3.1. Expérimentation en vraie grandeur sur site

3.2. Description des essais

3.3. Analyse des résultats des planches d’essai

3.4. Conclusion sur les essais en vraie grandeur sur site

PARTIE II : MODÉLISATION NUMÉRIQUE

4. CHAPITRE 4: MODÉLISATION NUMÉRIQUE PAR LA MÉTHODE DES ÉLÉMENTS DISCRETS

4.1. Méthode des éléments discrets

4.2. Loi de mouvement

4.3. Loi de contact des particules

4.4. Procédures numériques spécifiques à la MED

4.5. Mise en place des particules

4.6. Simulation d’un essai de compression simple

4.7. Simulation d’un essai biaxial

4.8. Simulation d’un essai de traction directe

4.9. Obtention d’un critère de rupture

4.10. Calibration sur matériaux pulvérulents et cohésifs

5. CHAPITRE 5: PARAMÉTRAGE DU COMPORTEMENT

5.1. Paramétrage du comportement d’un milieu pulvérulent

5.2. Influence de l’angle de frottement microscopique sur le comportement macroscopique du matériau

5.3. Influence de l’agencement initial des particules sur le comportement macroscopique du matériau

5.4. Détermination des paramètres du matériau granulaire pulvérulent de l’expérimentation en vraie grandeur

5.5. Paramétrage du comportement d’un matériau cohérent

5.6. Influence des paramètres d’adhésion sur le comportement macroscopique

5.7. Adaptation des lois de contact

5.8. Détermination des paramètres du matériau cohésif de l’expérimentation en vraie grandeur

6. CHAPITRE 6: APPLICATION DE LA MODÉLISATION NUMÉRIQUE AUX ESSAIS EN VRAIE GRANDEUR

6.1. Description de l’essai numérique

6.2. Discussion et comparaison entre les résultats numériques et expérimentaux

RÉSUMÉ

ABSTRACT

TÓM TẮT

I. Tổng Quan về Sols Fins cho Couverture Étanches Giới Thiệu

Bài viết này đi sâu vào nghiên cứu sols fins, đặc biệt là ứng dụng của chúng trong couverture étanches (lớp phủ chống thấm) cho installations de stockage de déchets (ISD - cơ sở lưu trữ chất thải). Vấn đề cốt lõi là đảm bảo tính an toàn và bền vững của các ISD, ngăn chặn migration des polluants (sự di chuyển của chất ô nhiễm) vào môi trường. Việc sử dụng sols fins, như argile (đất sét) và limon (đất bùn), là một giải pháp phổ biến nhờ tính chất thấm nước thấp. Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu quả, cần hiểu rõ comportement (hành vi) của chúng dưới tác động của các yếu tố khác nhau như compactage (độ nén), teneur en eau (độ ẩm), và déformation (biến dạng) do stockage de déchets (lưu trữ chất thải) gây ra. Bài viết sẽ trình bày approche expérimentale (phương pháp thực nghiệm) và modélisation numérique (mô hình hóa số) để đánh giá performance à long terme (hiệu suất dài hạn) của couverture étanches. Trích dẫn: “Les sols fins sont des matériaux très souvent rencontrés en génie civil, particulièrement en géotechnique environnementale parce qu’ils sont disponibles dans les terrains naturels et qu’ils possèdent une bonne aptitude à l’étanchéité.”

1.1. Giới thiệu Installations de Stockage de Déchets ISD

Các installations de stockage de déchets (ISD) đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý déchets (chất thải) một cách an toàn và hiệu quả. Phân loại déchets thường dựa trên mức độ nguy hại, bao gồm déchets dangereux (chất thải nguy hại), déchets non dangereux (chất thải không nguy hại) và déchets inertes (chất thải trơ). Couverture étanche (lớp phủ chống thấm) là một phần thiết yếu của ISD, ngăn chặn lixiviation (sự rửa trôi) và migration des polluants (sự di chuyển của chất ô nhiễm) vào môi trường xung quanh, bảo vệ environnemental (môi trường) và sức khỏe cộng đồng.

1.2. Vai trò của Sols Fins trong Barrière Géologique của ISD

Sols fins (đất mịn), đặc biệt là argile (đất sét), đóng vai trò như một barrière géologique (hàng rào địa chất) tự nhiên trong ISD. Tính chất thấm nước thấp của sols fins giúp hạn chế migration des polluants (sự di chuyển của chất ô nhiễm) từ khu vực stockage de déchets (lưu trữ chất thải) vào eaux souterraines (nước ngầm). Việc lựa chọn và thi công sols fins cần tuân thủ nghiêm ngặt normes environnementales (tiêu chuẩn môi trường) và règlementation (quy định) để đảm bảo hiệu quả chống thấm tối ưu. Nghiên cứu mecanique des sols (cơ học đất) giúp tối ưu hóa việc sử dụng sols fins trong barrière géologique.

II. Thách Thức và Vấn Đề về Couverture Étanches từ Sols Fins

Mặc dù sols fins mang lại nhiều ưu điểm, việc sử dụng chúng trong couverture étanches (lớp phủ chống thấm) cho installations de stockage de déchets (ISD) cũng đối mặt với không ít thách thức. Déformation (biến dạng) do tassement différentiel (lún lệch) của déchets (chất thải) có thể gây ra fissuration (nứt) và làm giảm perméabilité (khả năng thấm nước) của lớp phủ. Teneur en eau (độ ẩm) đóng vai trò quan trọng, vì sự thay đổi độ ẩm có thể ảnh hưởng đến résistance au cisaillement (cường độ kháng cắt) và compactage (độ nén) của sols fins. Ngoài ra, durabilité (độ bền) của couverture étanche (lớp phủ chống thấm) trong cycle de vie (vòng đời) dài hạn của ISD cũng là một vấn đề cần quan tâm, đặc biệt là khi tiếp xúc với các chất hóa học từ lixiviation (sự rửa trôi) déchets (chất thải).

2.1. Ảnh hưởng của Compactage và Teneur en Eau đến Perméabilité

Compactage (độ nén) và teneur en eau (độ ẩm) là hai yếu tố then chốt ảnh hưởng đến perméabilité (khả năng thấm nước) của sols fins trong couverture étanches (lớp phủ chống thấm). Compactage (độ nén) không đủ có thể dẫn đến perméabilité (khả năng thấm nước) cao, trong khi teneur en eau (độ ẩm) quá cao hoặc quá thấp có thể làm giảm hiệu quả compactage (độ nén). Do đó, việc kiểm soát chặt chẽ compactage (độ nén) và teneur en eau (độ ẩm) trong quá trình thi công là vô cùng quan trọng để đảm bảo tính chống thấm của couverture étanche.

2.2. Rủi ro Fissuration do Déformation và Tassement Différentiel

Déformation (biến dạng) và tassement différentiel (lún lệch) của déchets (chất thải) bên dưới có thể gây ra fissuration (nứt) trong couverture étanches (lớp phủ chống thấm) từ sols fins. Fissuration (nứt) làm tăng perméabilité (khả năng thấm nước) và tạo điều kiện cho migration des polluants (sự di chuyển của chất ô nhiễm). Cần có các biện pháp để giảm thiểu déformation (biến dạng) và tassement différentiel (lún lệch), hoặc sử dụng các vật liệu gia cố để tăng cường résistance à la traction (cường độ kéo) của sols fins.

2.3. Khó khăn trong Đảm bảo Durabilité Lớp Couverture Étanches Dài Hạn

Đảm bảo durabilité (độ bền) của couverture étanches (lớp phủ chống thấm) làm từ sols fins trong thời gian dài là một thách thức. Sự thay đổi environnemental (môi trường), tác động của lixiviation (sự rửa trôi) từ déchets (chất thải), và quá trình vieillissement (lão hóa) của vật liệu có thể làm suy giảm perméabilité (khả năng thấm nước) và résistance mécanique (cường độ cơ học) của sols fins. Cần có các nghiên cứu về performance à long terme (hiệu suất dài hạn) và sử dụng matériaux alternatifs (vật liệu thay thế) để cải thiện durabilité (độ bền) của couverture étanches (lớp phủ chống thấm).

III. Approche Expérimentale Nghiên Cứu trong Phòng Thí Nghiệm về Sols Fins

Để hiểu rõ comportement (hành vi) của sols fins trong điều kiện couverture étanches (lớp phủ chống thấm), một loạt các essais en laboratoire (thí nghiệm trong phòng thí nghiệm) được thực hiện. Các thí nghiệm này bao gồm essais triaxiaux (thí nghiệm ba trục) để xác định résistance au cisaillement (cường độ kháng cắt), essais oedométriques (thí nghiệm nén cố kết) để đánh giá consolidation (độ lún), và essais de perméabilité (thí nghiệm thấm nước) để đo perméabilité (khả năng thấm nước). Ngoài ra, các thí nghiệm đặc biệt như essais de traction directe (thí nghiệm kéo trực tiếp) cũng được sử dụng để đánh giá khả năng chịu kéo của sols fins. Kết quả từ essais en laboratoire (thí nghiệm trong phòng thí nghiệm) cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc xây dựng và validation du modèle (xác thực mô hình) modélisation numérique (mô hình hóa số). Trích dẫn: “Des expériences conventionnelles (compression simple, essais triaxiaux) et non conventionnelles (traction directe, essais brésiliens) en laboratoire ont été réalisées pour déterminer les paramètres importants.”

3.1. Essais Triaxiaux và Xác Định Résistance au Cisaillement của Argile

Essais triaxiaux (thí nghiệm ba trục) là phương pháp quan trọng để xác định résistance au cisaillement (cường độ kháng cắt) của argile (đất sét) dưới các điều kiện ứng suất khác nhau. Kết quả từ essais triaxiaux (thí nghiệm ba trục) được sử dụng để xây dựng lois de comportement (quy luật ứng xử) của argile (đất sét) trong các mô hình analyse numérique (phân tích số). Thông tin về résistance au cisaillement (cường độ kháng cắt) là cần thiết để đánh giá ổn định của couverture étanches (lớp phủ chống thấm) và dự đoán déformation (biến dạng) của sols fins.

3.2. Đánh giá Consolidation bằng Essais Oedométriques cho Sols Limoneux

Essais oedométriques (thí nghiệm nén cố kết) được sử dụng để đánh giá consolidation (độ lún) của sols limoneux (đất bùn) dưới tác dụng của tải trọng. Kết quả từ essais oedométriques (thí nghiệm nén cố kết) cung cấp thông tin về déformation (biến dạng) theo thời gian và hệ số perméabilité (khả năng thấm nước) trong quá trình consolidation (độ lún). Thông tin này quan trọng để dự đoán tassement (độ lún) của couverture étanches (lớp phủ chống thấm) và đảm bảo performance à long terme (hiệu suất dài hạn) của công trình.

IV. Modélisation Numérique Simulation Numérique Ứng Xử của Sols Fins

Modélisation numérique (mô hình hóa số) là công cụ mạnh mẽ để mô phỏng comportement (hành vi) của sols fins trong couverture étanches (lớp phủ chống thấm) dưới các điều kiện phức tạp. Các phương pháp analyse numérique (phân tích số) như éléments finis (phần tử hữu hạn) và différences finies (sai phân hữu hạn) được sử dụng để giải các bài toán mecanique des sols (cơ học đất) và dự đoán déformation (biến dạng), résistance au cisaillement (cường độ kháng cắt), và perméabilité (khả năng thấm nước) của sols fins. Validation du modèle (xác thực mô hình) bằng dữ liệu từ essais en laboratoire (thí nghiệm trong phòng thí nghiệm) và essais in situ (thí nghiệm hiện trường) là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của simulation numérique (mô phỏng số). Trích dẫn: “Une modélisation numérique a donc été envisagée. La méthode des éléments discrets a été utilisée.”

4.1. Ứng Dụng Éléments Finis trong Mô Hình Hóa Interaction Sol Structure

Phương pháp éléments finis (phần tử hữu hạn) cho phép mô hình hóa interaction sol-structure (tương tác đất-kết cấu) giữa couverture étanches (lớp phủ chống thấm) và stockage de déchets (lưu trữ chất thải) bên dưới. Mô hình éléments finis (phần tử hữu hạn) có thể mô phỏng déformation (biến dạng), contraintes (ứng suất), và déplacements (chuyển vị) trong sols fins dưới tác dụng của tải trọng từ déchets (chất thải) và các yếu tố environnemental (môi trường). Validation du modèle (xác thực mô hình) bằng dữ liệu thực nghiệm là cần thiết để đảm bảo độ chính xác của kết quả simulation numérique (mô phỏng số).

4.2. Sử dụng Lois de Comportement để Mô Tả Viscoplasticité của Argile

Lois de comportement (quy luật ứng xử) đóng vai trò quan trọng trong việc mô tả viscoplasticité (tính dẻo nhớt) của argile (đất sét) trong modélisation numérique (mô hình hóa số). Các mô hình plasticité (tính dẻo) và viscoplasticité (tính dẻo nhớt) cho phép mô phỏng fluage (từ biến), vieillissement (lão hóa), và déformation (biến dạng) theo thời gian của sols fins dưới tác dụng của tải trọng liên tục. Việc lựa chọn lois de comportement (quy luật ứng xử) phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của simulation numérique (mô phỏng số) và dự đoán performance à long terme (hiệu suất dài hạn) của couverture étanches (lớp phủ chống thấm).

V. Nghiên Cứu Expérimentation en Vraie Grandeur và Analyse des Résultats

Expérimentation en vraie grandeur (thí nghiệm quy mô lớn) trên công trường là bước quan trọng để kiểm chứng kết quả từ essais en laboratoire (thí nghiệm trong phòng thí nghiệm) và modélisation numérique (mô hình hóa số). Essais in situ (thí nghiệm hiện trường) có thể mô phỏng các điều kiện thực tế mà couverture étanches (lớp phủ chống thấm) phải chịu đựng, bao gồm tassement différentiel (lún lệch), thay đổi teneur en eau (độ ẩm), và tác động của cycles gel-dégel (chu kỳ đóng băng-tan băng). Analyse des résultats (phân tích kết quả) từ expérimentation en vraie grandeur (thí nghiệm quy mô lớn) cung cấp dữ liệu quý giá để validation du modèle (xác thực mô hình) và cải thiện performance (hiệu suất) của couverture étanches (lớp phủ chống thấm). Trích dẫn: “[Camp, 2008] a effectué et analysé 3 essais de soulèvement en vraie grandeur sur une barrière argileuse.”

5.1. Mô Tả Essais de Soulèvement In Situ trên Barrière Argileuse

Essais de soulèvement in situ (thí nghiệm nâng tại chỗ) là một phương pháp để đánh giá khả năng chịu kéo của barrière argileuse (hàng rào đất sét) trong điều kiện thực tế. Thí nghiệm này thường được thực hiện bằng cách tạo ra một lực nâng lên barrière argileuse (hàng rào đất sét) và đo déformation (biến dạng) và fissuration (nứt) của vật liệu. Kết quả từ essais de soulèvement in situ (thí nghiệm nâng tại chỗ) cung cấp thông tin quan trọng về résistance à la traction (cường độ kéo) và khả năng chống fissuration (nứt) của sols fins.

5.2. So Sánh Kết Quả Expérimentaux và Numériques về Comportement

Việc so sánh kết quả expérimentaux (thực nghiệm) và numériques (số) là rất quan trọng để đánh giá độ tin cậy của modélisation numérique (mô hình hóa số) và hiểu rõ hơn về comportement (hành vi) của sols fins trong couverture étanches (lớp phủ chống thấm). Sự phù hợp giữa kết quả expérimentaux (thực nghiệm) và numériques (số) cho thấy rằng mô hình analyse numérique (phân tích số) có thể dự đoán chính xác déformation (biến dạng), résistance (khả năng chịu lực), và durabilité (độ bền) của sols fins trong điều kiện thực tế.

VI. Kết Luận Coût Efficacité và Hướng Phát Triển cho Sols Fins

Nghiên cứu này đã cung cấp một cái nhìn tổng quan về comportement (hành vi) của sols fins trong couverture étanches (lớp phủ chống thấm) cho installations de stockage de déchets (ISD) thông qua cả approche expérimentale (phương pháp thực nghiệm) và modélisation numérique (mô hình hóa số). Việc lựa chọn và sử dụng sols fins cần được tối ưu hóa để đảm bảo performance à long terme (hiệu suất dài hạn), giảm thiểu impact environnemental (tác động môi trường), và đảm bảo coût-efficacité (hiệu quả chi phí) của công trình. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm nghiên cứu matériaux alternatifs (vật liệu thay thế) để cải thiện durabilité (độ bền) của couverture étanches (lớp phủ chống thấm), và phát triển các mô hình analyse numérique (phân tích số) tiên tiến hơn để dự đoán chính xác comportement (hành vi) của sols fins trong các điều kiện phức tạp.

6.1. Coût Efficacité trong Việc Sử Dụng Sols Fins và Matériaux Alternatifs

Coût-efficacité (hiệu quả chi phí) là một yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu cho couverture étanches (lớp phủ chống thấm). Việc sử dụng sols fins (đất mịn) có thể là một giải pháp coût-efficace (hiệu quả chi phí) do tính sẵn có và giá thành thấp của vật liệu. Tuy nhiên, cần cân nhắc đến chi phí vận chuyển, thi công, và bảo trì couverture étanche (lớp phủ chống thấm). Ngoài ra, cần xem xét việc sử dụng matériaux alternatifs (vật liệu thay thế) như géosynthétiques (vải địa kỹ thuật) và géocomposites (vật liệu địa composite) để cải thiện performance (hiệu suất) và durabilité (độ bền) của couverture étanche (lớp phủ chống thấm).

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai về Durabilité và Impact Environnemental

Hướng nghiên cứu tương lai cần tập trung vào việc cải thiện durabilité (độ bền) của couverture étanches (lớp phủ chống thấm) và giảm thiểu impact environnemental (tác động môi trường) của installations de stockage de déchets (ISD). Các nghiên cứu có thể tập trung vào việc phát triển matériaux alternatifs (vật liệu thay thế) có khả năng chống lại lixiviation (sự rửa trôi) và migration des polluants (sự di chuyển của chất ô nhiễm), và sử dụng các kỹ thuật génie civil écologique (kỹ thuật xây dựng xanh) để giảm thiểu empreinte carbone (dấu chân carbon) của công trình. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu về analyse du cycle de vie (phân tích vòng đời) để đánh giá impact environnemental (tác động môi trường) của các vật liệu và kỹ thuật khác nhau trong couverture étanches (lớp phủ chống thấm).

Hành vi của đất mịn trong che phủ các cơ sở lưu trữ chất thải: Nghiên cứu thực nghiệm và số