Characterization of mass transfer due to internal erosion by using a statistical technique

 

Caractérisation du transfert de masse dû à l’érosion interne par une technique statistique

   

A. Khamlichi*, F. Yakhlef, B. Kissi, L. El Bakkali, A. Jabbouri, Ph. Dubujet, H. Wong

Equipe MSSM, UAE/E28, Département de Physique, Faculté des Sciences de Tétouan, Tétouan, Maroc

Equipe MMS, UAE-E21/FST, Faculté des Sciences et Techniques de Tanger, Tanger,  Maroc

Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes, UMR 5513, ENISE, Saint Etienne, France

Département Génie Civil et Bâtiment, URA CNRS 1652, ENTPE, Vaulx-en-Velin cedex, France

* Corresponding author. E-mail: khamlichi7@yahoo.es

Received: 26 January 2009; revised version accepted: 08 March 2009

 

 

Abstract

     Internal erosion is a process of progressive degradation which occurs in soils containing fines under the action of a flowing fluid. This phenomenon could yield catastrophic damages to hydraulic infrastructures. A generalized modelling which enables simulating internal erosion phenomenon has been proposed recently. Simulation results obtained by this model have demonstrated its capacity to predict various mechanisms associated to internal erosion. In this work, this modelling is applied in order to study the relative influence of some factors on the maximum erosion rate and on the maximum concentration of fluidized solid produced by erosion. A statistical technique based on Taguchi design of experiment is used. Are considered in the analysis five factors which include two parameters linked to soil resistance against erosion, the soil critical porosity, the initial soil permeability and the initial confining pressure. It is shown that the maximum erosion rate is largely monitored by soil permeability and that the maximum concentration of fluidized solid is mainly controlled by soil porosity.

 

Keywords: Erosion;porous media;Mass transfer;Taguchi method;Aanalysis of variance;Linear regression;Finite element method.

 

Résumé

     L’érosion interne est un processus d'endommagement progressif qui se produit dans les sols, contenant des fines, sous l’action d’un écoulement. Ce phénomène peut causer des dégâts catastrophiques aux ouvrages de génie civil. Un modèle général permettant de simuler l’érosion interne a été proposé et validé récemment. Les résultats de simulation obtenus par ce modèle ont démontré sa capacité à prédire plusieurs mécanismes qui caractérisent l’érosion interne. Dans ce travail, ce modèle est appliqué afin d’étudier l’influence des paramètres du sol sur le débit maximum d’érosion et sur la concentration maximale en solide fluidisé, produit de l’érosion. Une technique statistique fondée sur les plans d’expérience de Taguchi est utilisée. Sont considérés dans l'analyse cinq facteurs qui comprennent les paramètres de résistance à l’érosion du sol, sa porosité critique, sa perméabilité initiale et la pression de confinement. Il est montré que le débit maximum d’érosion est très influencé par la perméabilité du sol et que la concentration maximale en solide fluidisé dépend crucialement de la porosité critique du sol.

 

Mots clés: Erosion;milieu poreux;Transfert de masse;Méthode de Taguchi;Analyse de variance;Régression linéaire;Méthode des éléments finis.

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