Modélisation de l'endommagement des structures de stockage

• Auteur / Autrice : Mustapha Chibout
• Direction : Françoise Homand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Tunnels -- Conception et construction

Roches -- Fracturation

Canada

Construction souterraine

Résumé

Ce travail a pour but d'étudier l'endommagement des ouvrages souterrains creusés dans des roches fragiles. Il s'agit plus exactement des galeries creusées à 420 rn de profondeur dans le granite du Lac du Bonnet (Canada). L'état des contraintes dans ce site induit des ruptures aux parois des galeries. Des éclatements de la roche sous forme d'écailles sont observés au toit et au radier d'une galerie circulaire et d'une galerie de forme elliptique dont le grand axe est horizontal. En revanche, une galerie elliptique dont l'axe majeur et parallèle à la direction de la contrainte principale majeure donne une stabilité parfaite. Un modèle phénoménologique élasto-endommageable implanté dans le code de calcul aux éléments distincts UDEC a permis de rendre compte des observations sur les différentes galeries. Cette modélisation bidimensionnelle simule parfaitement le phénomène de rupture observé. Le même modèle a été implanté dans le code de calcul aux différences finies FLAC3D. Cela offre la possibilité de traiter des problèmes tridimensionnels. Une expérience de perméabilité a été réalisée in situ pour déterminer d'éventuelles fuites hydrauliques dans le massif. Des clés sont creusées dans une galerie pour interrompre la zone endommagée qui est justement le siège de ces fuites. Nous avons étudié l'effet de la forme géométrique et de la profondeur des clés sur l'interruption de l'endommagement. Les calculs ont montré que la forme rectangulaire est la plus appropriée. En dernier nous avons traité de l'effet de la forme du front de taille sur l'amplification de l'endommagement aux parois de la galerie. Les résultats montrent que la galerie dont l'inclinaison du front va dans le massif est la moins endommagée.

The purpose of this work is to study the damage of the underground openings excavated in brittle rocks. It is more exactly about the galleries excavated at 420 m of depth in granite of the Lac du Bonnet (Canada). The particular state of the stresses in this site induced a failure around these openings. Bursting of the rock in the form of sc ales is observed in the roof and floor of a circular and an elliptic gallery for which the longest axis is horizontal. On the other hand, an elliptic gallery with a major axis parallel to the direction of the major principal stresses gives a perfect stability. A phenomenological elastodamage model implemented in the 2-D distinct element code (UDEC) made it possible to account for the observations on the various galleries. This two-dimensional modeling simulates perfectly the phenomenon of failure observed. The same model was implemented in the finite differences code (FLAC3D). That makes it possible to deal with three-dimensional problems. An experiment of permeability was carried out in situ to control the groundwater flow in the rock mass. Keys are excavated in a gallery in order to stop the damaged zone where the leakage take precisely place. We have studied the effect of the shape and the depth of the keys on the interruption of the• damage. Calculations showed that the rectangular form is most suitable. Finally we had to study the effect of the tunnel-face on the damage amplification in particular on the walls of the gallery. The results show that a face slope going in the solid mass leads to the less damage.