Modélisation des déformations différées lors du creusement des tunnels

Time-dependant modelling in tunneling

• Auteur / Autrice : Ardie Purwodihardjo
• Direction : Bernard Cambou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Génie civil
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Roches -- Déformation

Tunnels

Viscoplasticité

Sols

Mots clés libres

Déformations différées

Résumé

Depuis ces 30 dernières années, la prévision des déformations du sol provoquées par le creusement de tunnels, a constitué un défi important pour la communauté scientifique. Les mesures in situ réalisées ont montré que la déformation du massif au voisinage de la cavité d'un tunnel présente une évolution importante en fonction du temps. En fait, trois phénomènes essentiels génèrent cette évolution : l'éloignement du front de taille, la distance au front de taille sans soutènement et l'effet visqueux se produisant dans le massif. L'objectif de cette thèse est de proposer une procédure permettant une évaluation des déformations du sol provoquées par le creusement de tunnels en tenant en compte des trois phénomènes essentiels, particulièrement le troisième phénomène. Dans ce mémoire, on présente un modèle élastoplastique-viscoplastique basé sur le concept d'écrouissage visqueux avec une surface limite. Le modèle est construit dans le cadre du modèle CJS qui a été développé d'une façon modulable. Pour décrire et vérifier le fonctionnement et la validation de ce modèle dans un calcul sur ouvrage réel, une confrontation entre les calculs numériques et les mesures in situ réalisées sur le tunnel de Tartaiguille (Montélimar, France) a été effectuée. Pour cete validation, on a intégré le modèle développé dans un code de calcul. Il s'agit du code aux différences finies FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua) et plus précisément de sa version bidimensionnelle. Le résultat de la confrontation a montré que les résultats des calculs sont en bon accord avec les mesures réalisées le long du creusement du tunnel.

Since the past 30 years, the research for estimating an accurate prediction of deformations induced by tunneling has been a major engineering challenge all around the world. The in situ measurements have shown that deformations of the soil on the vicinity of a tunnel show a strong evolution with time. Three essential phenomena, actually, can be related to this evolution : the evolution with time of the distance to the working face, the distance of the lining to the working face and the viscous effets occurring in the soil. The objective of this thesis is to propose a procedure for predicting the deformations induced by tunneling, by taking into account these three essential phenomena, particularly the third phenomenon. Therefore, in this study, a constitutive model for the time-dependent behaviour of cohesive soil has been developed within the framework of elastoplasticity-viscoplasicity and critical state soil mechanics. The consideration of viscoplastic characteristic sets the current model apart from the CJS model, and introduces an additional viscous mechanism. The evolution of the viscous yield surface is governed by a particular hardening called "viscous hardening" with a bounding surface. To describe this procedure and the capability of the model, a comparison between numerical calculations and monitoring the progressive closure of tunnel conducted in the TGV tunnel of Tartaiguille, is performed. The finite difference software, Fast Lagrangian Analysis of Continua (FLAC), has been used for the numerical simulation of the problems. The comparison results show that the observed deformations could have been reasonably predicted by using the proposed excavation model.