Etude numérique de la modélisation thermo-élasto-plastique des sols non saturés

• Auteur / Autrice : Bahar Jenab-Vossoughi
• Direction : Pierre Delage
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géotechnique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Marne-la-Vallée, ENPC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'Enseignement et de Recherche en Mécanique des Sols (CERMES)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Magnan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Magnan, Arézou Modaressi, Jean-Jacques Fry, Behrouz Gatmiri
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bernard A. Schrefler, Isam Shahrour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Température

Déchets radioactifs -- Élimination dans le sol

Matériaux poreux

Résumé

Une des applications géotechniques dans lesquelles le rôle de la variation de température est considérable est celle du stockage des déchets radioactifs dans les formations géologiques. Cela nécessite une meilleure compréhension du comportement thermo - hydro - mécanique des milieux poreux polyphasiques et des couplages entre trois mécanismes: thermique, hydraulique et mécanique. De nombreux travaux de recherche ont été menés sur ce sujet ces dernières années afin d'assurer la pérennité de cette option de stockage. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de ces recherches et porte plus particulièrement sur les géomatériaux de type sol. Dans un premier temps, afin de mieux comprendre le système d'équations différentielles établi, nous nous sommes intéressés aux équations de transfert et de conservation des différentes composantes du milieu: squelette solide, eau, air et chaleur. Ensuite, nous avons étudié de façon approfondie la réponse mécanique irréversible du squelette solide. Un modèle qui tient compte à la fois des effets de non saturation en eau et de la variation de température a été ainsi présenté. L'examen des phénomènes liés aux transferts non isothermes au sein d'un sol non saturé a fait l'objet de la suite de ce travail. Dans un deuxième temps, la résolution numérique du système d'équations différentielles obtenu par la méthode des éléments finis a été traitée. La formulation finale ainsi trouvée permettant de décrire la réponse mécanique irréversible du sol a été implantée dans le code de calcul aux éléments finis 8 - STOCK. Dans ce contexte, une attention assez soutenue a été portée sur les différents aspects particuliers de l'implantation d'un modèle élasto-plastique dans un code de calcul aux éléments finis. Enfin, la validation du code de calcul par comparaison avec des solutions analytiques, d'autres modèles numériques et des résultats expérimentaux a été effectuée. Cela met en évidence la fiabilité et la pertinence du code de calcul et des développements effectués.

One of the most important geotechnical applications where temperature variations become significant is the case of the nuclear waste disposal. Hence the thermo-hydromechanical behaviour of porous media should be studied by considering coupling effects of the three following mechanisms: thermal, hydraulic and mechanical. Many studies have been achieved on this subject lately in order to investigate the viability of this option of disposal. The work done here is a challenge for responding this type of question. So, the thermo - hydro - mechanical behaviour of unsaturated soils is investigated. The equations of transfer and conservation of mass of different constituents of the medium (solid skeleton, water, air and heat) are studied in order to comprehend the established system of differential equations of the problem. Afterwards, the irreversible mechanical behaviour of the solid skeleton is thoroughly examined. A constitutive model is then presented in which the effect of simultaneous temperature and suction variations is integrated. Also, the transport phenomena in the presence of temperature in an unsaturated soil are studied. The final set of differential governing equations is resolved numerically by the finite element method. The final matrix form describing the thermo - hydro - mechanical behaviour of unsaturated porous media with irreversible mechanical aspects is then implemented in the finite element code, 8 - STOCK. It should be mentioned that the special features corresponding to the numerical implementation by the finite element method of an elasto - plastic algorithm and the related numerical corrections are carefully examined. Finally, the finite element code is validated by comparing its results with analytical solutions, other numerical approaches and experimental results of literature. All these analyses show the good performance of the code and the relevance of the developed model and the implemented parts.