Analyse numérique des écoulements d'eau et de la consolidation des sols autour de tunnels creusés dans l'argile

par Mohamed Atwa

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de Jean-Pierre Magnan.


  • Résumé

    Cette thèse étudie les écoulements hydrauliques autour des tunnels creusés en terrains aquifères et analyse les déformations induites par la consolidation du massif en présence de sols compressibles. Le mémoire comporte plusieurs synthèses bibliographiques portant sur les problèmes liés aux écoulements hydrauliques vers un ouvrage souterrain, sur les méthodes de calculs existantes pour l'étude de ces écoulements, sur la réponse hydromécanique des massifs de sols au creusement de tunnels (observations de chantiers) et sur les approches de calculs développées pour le traitement de la consolidation d'un massif en présence d'une nappe a surface libre. Plusieurs études numériques ont été réalisées à l'aide du progiciel Cesar-LCPC. La méthode des éléments finis a été utilisée pour analyser les écoulements autour de tunnels en conditions bidimensionnelles et tridimensionnelles, en régimes permanent et transitoire. Différentes configurations sont étudiées pour étudier le rôle de l'anisotropie de perméabilité des massifs, leur stratification, et le rôle du revêtement de la paroi du tunnel et de différentes dispositions proposées pour atténuer l'effet des écoulements au front en construction. La réponse d'un massif de sols compressibles au creusement d'un tunnel a été analysée par des calculs hydromécaniques couples et un modèle de comportement élastoplastique adapté aux sols anisotropes Mélanie. La thèse présente, de plus, une contribution au développement du code de calcul César-LCPC. La programmation du modèle Mélanie dans César-LCPC a été adaptée pour traiter la variation de la contrainte de pré-consolidation et des modules d'élasticité avec la profondeur, et pour actualiser le coefficient de perméabilité du sol en fonction de la variation de l'indice des vides. Une approche est, par ailleurs, proposée pour le traitement de la consolidation en présence d'un niveau piézométrique variable. Cette approche a été programmée dans un nouveau module s'intégrant dans le code César-LCPC et a été appliquée à l'étude de la consolidation d'un massif sous le chargement d'une fondation et suite à la réalisation d'un tunnel. Ce travail s'achève par la modélisation d'un ouvrage instrumente : le tunnel de Grimsby, creusé dans un massif argileux compressible. Les calculs ont été réalisés avec différentes lois de comportement et avec différentes hypothèses pour le traitement du couplage au-dessus du niveau piézométrique ; les résultats ont été comparés aux tassements de surface mesures sur une période de onze ans après la construction.


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  • Détails : 1 vol. (135 p.)
  • Annexes : 310 ref.

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  • Bibliothèque : Ecole des Ponts ParisTech (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne). La Source - Bibliothèque de l'Ecole des Ponts.
  • Non disponible pour le PEB
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  • Cote : 96 ENPC 9614
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