Comportement différé et de gonflement de l'argilite Cox endommagée/fracturée

par Hao Wang

Projet de thèse en Géotechnique

Sous la direction de Yu Jun Cui.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec NAVIER (laboratoire) et de Géotechnique (equipe de recherche) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    L'excavation des galeries dans l'argilite crée une zone endommagée, appelée communément EDZ (Excavation Damaged Zone). Pour le site de Bure, ont caractérisé cette zone et ont observé qu'elle est représentée par un réseau de fissures engendrées soit par l'extension soit par le cisaillement. L'analyse approfondie des mesures in situ incluant la convergence, la déformation et la pression interstitielle etc. a permis l'identification de deux phénomènes principaux:i)A court terme, les mécanismes élastoplastique et de l'endommagement gouvernent le comportement des galeries – durant l'excavation, les fractures sont générées à cause du comportement semi-fragile de l'argilite. ii)A long terme, la déformation des galeries se développe avec le temps. Il semblerait que le comportement différé de l'argilite et la possible propagation des fissures soient à l'origine de cette déformation. Si le comportement à court terme est relativement bien compris, c'est loin d'être le cas pour le comportement à long terme. En effet, la déformation des galeries à long terme est un élément clé à prendre en compte dans la conception du système de support et donc importante de bien comprendre. Mais cette déformation implique des phénomènes complexes, de nature thermo-hydro-mécanique : cette zone fissurée peut avoir des pressions interstitielles différentes de la zone seine, et la dissipation de ces pressions peuvent avoir lieu dans le temps ; cette zone peut présenter des succions aussi à cause de l'évaporation par la ventilation d'une part et par le déchargement du matériau à travers la fissuration d'autre part. Ces succions engendrent également des mouvements d'eau, et donc la déformation. De plus, la différence de température entre les galeries et le massif d'argilite peut aussi jouer un rôle important dans l'évolution de la déformation. Normalement, s'il y a mouvement d'eau du champ lointain vers la zone fracturée (par l'effet de la succion par exemple), on aura deux phénomènes de déformation de nature opposée : le gonflement du matériau qui a tendance de fermer les fractures, et le fluage accéléré dû à la diminution de la succion. Bien distinguer ces deux phénomènes est à toute évidence importent pour la compréhension des mécanismes impliqués dans la déformation globale des galeries. Dans cette étude, on propose d'aborder cet aspect via essais au laboratoire et via la modélisation du comportement au fluage. Il est à souligner que l'idéal serait d'aborder le problème avec un champ de contraintes représentatif des conditions in situ, c'est-à-dire, un champ en extension et en cisaillement. Mais, avec un tel champ de contraintes, on peut effectivement étudier correctement le fluage au niveau expérimental, on aura cependant énormément de difficultés d'étudier le phénomène de gonflement qui est plutôt volumique. Ainsi, pour mener une étude complète de gonflement et de fluage, on adoptera un champ de contraintes en compression et on se limitera principalement au comportement volumique. Il est à noter que les conditions considérées correspondent à celles de l'ouvrage pendant la phase d'exploitation et après la fermeture. L'étude comporte trois parties : une première partie concernant le comportement d'endommagement au triaxial, une seconde partie concernant le comportement différé de l'argilite endommagée, et une troisième partie concernant les mécanismes du gonflement et du fluage de l'argilite fracturée.

  • Titre traduit

    Delayed and Swelling Behavior of Damaged/Fractured COx Claystone


  • Résumé

    Excavation of tunnels in argillite creates a damaged area, commonly referred to as EDZ (Excavation Damaged Zone). For the site of Bure, this area is characterized and observed that it is represented by a network of cracks generated either by extension or by shearing. In-depth analysis of in situ measurements including convergence, deformation and pore pressure, etc. has allowed the identification of two main phenomena :i)In the short term, elastoplastic mechanisms and damage govern the behaviour of drifts - during excavation, fractures are generated because of the semi-fragile behaviour of argillite. ii)In the long term, gallery deformation develops over time. It seems that the delayed behaviour of argillite and the possible propagation of cracks are at the origin of this deformation. If short-term behaviour is relatively well understood, it is far from the case for long-term behaviour. Indeed, the deformation of the galleries in the long term is a key element to take into account in the design of the support system and therefore important to understand. But this deformation involves complex phenomena of a thermo-hydro-mechanical nature: this fissured zone may have interstitial pressures different from the seine zone, and the dissipation of these pressures may take place over time; this zone can also have suctions because of the evaporation by the ventilation on the one hand and the unloading of the material through the cracking on the other hand. These suctions also cause water movements, and therefore deformation. In addition, the difference in temperature between the galleries and the argillite massif can also play an important role in the evolution of the deformation. Normally, if there is movement of water from the far field to the fractured zone (by the effect of sucking for example), there will be two phenomena of deformation of opposite nature: the swelling of the material which tends to close the fractures, and accelerated creep due to decreased suction. To clearly distinguish these two phenomena is obviously important for the understanding of the mechanisms involved in the global deformation of galleries. In this study, we propose to approach this aspect via laboratory tests and via creep behaviour modelling. It should be emphasized that the ideal would be to approach the problem with a field of constraints representative of the conditions in situ, that is to say, a field in extension and in shear. But, with such a field of constraints, we can actually study creep at the experimental level, however, it will be very difficult to study the phenomenon of swelling is rather volumetric. Thus, to carry out a complete study of swelling and creep, a compressive stress field will be adopted and it will be limited mainly to the volume behaviour. It should be noted that the conditions considered correspond to those of the structure during the operation phase and after closure. The study has three parts: a first part on the behaviour of damage to the triaxial one, a second part on the delayed behaviour of the damaged argillite, and a third part on the mechanisms of swelling and creep of the fractured argillite.