Thèse soutenue

Modélisation des massifs rocheux fissurés par la méthode des éléments distincts

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Auteur / Autrice : Abdelouahed TahiriI
Direction : Roger Cojean
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Terre, océan, espace
Date : Soutenance en 1992
Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
Jury : Président / Présidente : Marcel Arnould
Examinateurs / Examinatrices : Raymond Siestrunck, J. Teissie
Rapporteurs / Rapporteuses : Sidi Mohamed Tijani, Jean-Louis Durville

Résumé

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Le sujet de thèse s’intègre dans un axe de recherche, relatif aux milieux rocheux fissurés, développé au Centre de Géologie de l’Ingénieur (CGI) commun à l’Ecole nationale des Ponts et Chaussées (ENPC) et l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris (ENSMP). Dans les massifs rocheux fissurée, il est très difficile de réaliser des ouvrages sans avoir fait, au préalable, une étude de sa fracturation et de son comportement mécanique et hydraulique. L’étude d’un massif rocheux fissuré doit comporter les étapes suivantes : relevé systématique des discontinuités du massif ; étude statistique de ses discontinuités pour identifier les différentes familles qui découpent le massif ; étude du comportement mécanique des discontinuités ; étude générale de stabilité ; étude hydraulique. Notre recherche est relative à l’étude générale de stabilité. Les méthodes classiques de calcul de stabilité, basées sur l’analyse des forces en situation d’équilibre limite et ne prenant pas en compte la déformabilité du massif et la répartition des contraintes existantes dans celui-ci, ne donnent pas entière satisfaction. La méthode que nous avons développée est une méthode dite par « éléments distincts ». Elle permet de modéliser les massifs rocheux fissurés par un assemblage de blocs définis par le système de discontinuités et de calculer leurs interactions réciproques. L’interaction entre les blocs se transmet à travers leurs contacts (ou joints) suivant les lois de comportement mécanique de ces derniers. On peut exprimer les contraintes au niveau des joints en fonction de leurs rigidités et des déplacements des blocs. La minimisation de l’énergie potentielle total de la structure étudiée permet de produire un système d’équations où sont exprimés les forces exercées sur le système et les déplacements des blocs par l’intermédiaire d’une matrice de rigidité. Il est souvent nécessaire de considérer des lois de comportement mécanique des joints non-linéaires, ce qui conduit à un système d’équations non-linéaires dont la résolution se fait d’une manière incrémentale itérative. Par cette méthode, on peut alors étudier les déformations causées par la réalisation d’une excavation dans le massif, rendre compte des ruptures locales qui peuvent évoluer suivant des mécanismes de ruptures progressives. Dans cette recherche, nous avons également modélisé les systèmes d’ancrages par boulons ou tirants actifs et par armatures passives scellées dans le massif. Le comportement mécanique des ancrages est considéré comme élasto-plastique avec écrouissage cinématique.