Modelisation du comportement hydro-mecanique des argiles gonflantes a faible porosite

Modelling of the hydro-mechanical behaviour of low porosity swelling clays

• Auteur / Autrice : MEHDI PAKZAD
• Direction : Jean-Claude Robinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Orléans

Résumé

La creation des ouvrages souterrains, notamment le stockage des dechets radioactifs a grande profondeur dans un massif argileux, pourrait conduire a des comportements hydro-mecaniques specifiques. Cette particularite de comportement se manifeste surtout dans le cas des argiles gonflantes. L'objectif de ce memoire consiste a proposer une formulation unifiee du comportement cyclique des argiles gonflantes a faible porosite sous differents etats hydro-mecaniques: sature et partiellement sature. Apres avoir rappele les mecanismes physico-chimiques de deformation des argiles saturees a l'echelle de la micro-structure en condition isotherme, nous proposons un modele elasto-plastique pour ces argiles. La formulation considere que pour les etats de contrainte normalement consolides, les deformations irreversibles proviennent essentiellement de la deformation des macro-porosites, et sont traduites par la plasticite associative. En revanche, pour les etats de contrainte surconsolides, des contraintes internes de repulsion non equilibrees prennent naissance au niveau des micro-porosites et provoquent la dilatance irreversible des macro-porosites. Le gonflement macroscopique induit par ce dernier mecanisme est formule par un deuxieme mecanisme plastique a ecrouissage combine, isotrope et cinematique. Le modele rheologique est formule dans le cadre de la plasticite a ecrouissage mecanique pour les etats de contrainte normalement consolides et a ecrouissage physico-chimique pour les etats de contrainte surconsolides. Dans les argiles a l'etat partiellement sature, les mecanismes physiques a l'echelle locale se produisant au sein de la structure poreuse ont ete mis a profit pour decrire le comportement specifique des argiles partiellement saturees et fortement compactees. Ces mecanismes font intervenir plusieurs types d'interactions, en particulier, les contraintes de contact dues au chargement exterieur, et la contrainte capillaire generee par la creation de menisques. Le modele partiellement sature est une extension du modele sature. On a conserve le concept des contraintes effectives en utilisant la pression capillaire et en introduisant un parametre supplementaire dans le domaine non-sature. Ce parametre est propose sous la forme d'une dependance non-lineaire entre la pression de consolidation et l'etat hydrique du materiau. Les domaines sature et non-sature sont delimites par l'intermediaire d'un critere lie a la pression de desaturation. L'ensemble des modeles sature et partiellement sature necessitent 14 parametres, dont 8 correspondent a l'etat sature, et 6 a l'etat partiellement sature. Les simulations numeriques des differents chemins hydro-mecaniques de laboratoire montrent que l'ensemble des phenomenes observes sont decrits, en particulier: i) a l'etat sature: l'existence d'une boucle d'hysteresis tres marquee pendant le cycle decharge-recharge, et la presence d'une deformation volumique de contractance sur les chemins triaxiaux surconsolides ; ii) a l'etat partiellement sature: l'augmentation de la pression de desaturation avec la contrainte mecanique, le tassement irreversible pendant le premier cycle de desorption et l'effondrement du materiau normalement consolide sur un chemin de sorption