Comportement différé et de gonflement de l’argilite Callovo-Oxfordian endommagée/fracturée

Delayed and Swelling Behaviour of Damaged/Fractured Callovo-Oxfordian Claystone

• Auteur / Autrice : Hao Wang
• Direction : Yu Jun Cui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géotechnique
• Date : Soutenance le 01/02/2021
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yu Jun Cui, Philippe Cosenza, Jianfu Shao, Farimah Masrouri, Xiang-Ling Li, Minh Ngoc Vu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Cosenza, Jianfu Shao

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déchets radioactifs -- Élimination dans le sol

Détérioration

Argilite

Mots clés libres

Argillite COx

Dommages et fracture

Propriétés hydromécanique

Mécanisme de dommage

Modélisation viscoplastique

COx claystone

Damage and fracture

Hydro-Mechanical properties

Damage mechanism

Viscoplastic modelling

Résumé

Pour le stockage géologique des déchets radioactifs, l’Agence Nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs (ANDRA) a construit un laboratoire de recherche souterrain (URL) à Bure, France, dans une formation d’argilite du Callovo-Oxfordien (COx). L'excavation réalisée pendant la construction de l'URL a entraîné des fractures à proximité des ouvertures. Dans la zone fracturée, les propriétés hydromécaniques d’argilite étaient significativement affectées. Afin d'assurer la sûreté à long terme du stockage, il est nécessaire d'étudier le comportement hydromécanique de l'argilite COx endommagée/fracturée.La présente étude est consacrée au comportement de compression, de gonflement et de fluage de l’argilites endommagées/fracturées. Les méthodes de préparation des argilites endommagées/fracturées sont d'abord développées en laboratoire. Ensuite, des essais oedométriques sont effectués sur de l'argile fracturée. Les résultats obtenus montrent que la fracture peut influencer significativement le comportement de gonflement, de compression et de fluage de l'argilite COx. L'auto-colmatage de l'argilite fracturée dans le processus de gonflement est causé par le remplissage des minéraux argileux gonflants. L'effet de fracture sur la compressibilité dépend de l’orientation de la fracture et du niveau de contrainte. En outre, l'effet possible de broyage des grains sur le comportement de compression est mis en évidence. Afin de clarifier ce phénomène du broyage de grains, une série d'essais oedométriques est réalisée sur l'argile Téguline naturelle et sur un mélange sable-argile artificiel. Les résultats confirment que le broyage de grains peut se produire durant le chargement, dépendant de la fraction des fines.Les effets de la succion sur le gonflement et la compression de l'argilite COx endommagée sont étudiés au moyen d'essais oedométriques à succion contrôlée. Il est observé que la compressibilité diminue et la limite élastique augmente avec l’augmentation de la succion. L’effet de la vitesse de chargement sur le comportement volumique de l'argilite COx endommagée est étudié par des essais de compression à déformation contrôlée. En se basant sur les résultats obtenus, les paramètres mécaniques sont déterminés, permettant de caractériser le comportement différé de l'argilite COx endommagée.Enfin, en tenant compte de l'effet de l’endommagement, une loi de comportement est proposée permettant de modéliser le comportement viscoplastique de l'argilite COx non saturée. Le mécanisme d'endommagement est d’abord clarifié, permettant la définition d’un coefficient d'endommagement. Cette loi est validée par les résultats expérimentaux obtenus dans cette étude de thèse et par des résultats de la littérature. Un bon accord est obtenu entre les simulations et les résultats expérimentaux, montrant la performance du modèle proposé.

For the geological storage of radioactive waste, the French National Radioactive Waste Management Agency (ANDRA) built an underground research laboratory (URL) at Bure, France, in the Callovo-Oxfordian (COx) claystone formation. The excavation of drafts and drifts in URL results in fractures inside the host rock around the openings. In the fractured zone, the hydro-mechanical properties of the host rock were significantly affected. To ensure the long term safety of repository, it is necessary to investigate the hydro-mechanical behaviour of damaged/fractured COx claystone. The present study focuses on the compression, swelling and creep behaviour of damaged/fractured claystone. The preparation methods of damaged/fractured claystone were first developed in the laboratory. Then, oedometer tests were conducted on fractured claystone. Results show that the fracture can significantly affect the swelling, compression and creep behaviour. The self-sealing of fractured claystone upon wetting is caused by the filling of the swollen clay minerals. The compression results show that the fracture effect is dependent on its orientation and the stress level. Besides, the possible grain breakage effect was identified during compression. To clarify such effect, a series of oedometer tests were conducted on Teguline clay and artificial sand-clay mixture. Results confirm the effect of grain breakage on the compressibility of soils, depending on the fine fraction. In addition, suction effects on the swelling and compression behaviour of damaged COx claystone were investigated through oedometer tests with controlled suction. It is observed that the compressibility decreases and the yield stress increases with the increase of suction. The rate-dependent behaviour of damaged COx claystone was investigated through constant rate strain compression tests. Based on the results, the related mechanical parameters were determined, allowing characterization of the time-dependent behaviour of damaged COx claystone. Finally, accounting for the damage effect, a constitutive model was proposed allowing description of the viscoplastic behaviour of unsaturated COx claystone. The damage mechanism of COx claystone is clarified, allowing definition of a damage coefficient. The model is validated based on the results obtained in this study and some results from literatures. A good agreement is obtained between the simulations and the experimental results, showing the performance of the model proposed.