Analyse du comportement du front de taille des tunnels. Etudes déterministe et probabiliste

Tunnel Face Stability. Deterministic and probabilistic analysis

• Auteur / Autrice : Eliane Ibrahim
• Direction : Abdul Hamid Soubra
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil, géologie
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Franck Schoefs
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdul Hamid Soubra, Franck Schoefs, Anne Pantet, Hussein Mroueh, Wassim Raphael, Daniel Dias, Tamara Al-Bittar, Ashraf Ahmed
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anne Pantet, Hussein Mroueh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interaction sol-structure

Rupture, Mécanique de la

Tunnels -- Conception et construction

Résumé

L’objet de cette thèse est d’étudier le comportement du front de taille des tunnels. Dans une première partie, le cas des tunnels à front pressurisé est considéré par deux approches déterministe et probabiliste. Deux nouveaux modèles analytiques 3D sont proposés. Le premier modèle permet de modéliser le cas de tunnels creusés dans des massifs multicouches purement frottants. Le second modèle est capable de prendre en compte la variabilité spatiale des paramètres de cisaillement du sol sous forme de champs aléatoires discrétisés par les méthodes Karhunen-Loeve et EOLE. Une comparaison de ces deux nouveaux mécanismes analytiques avec des modèles équivalents en éléments finis montrent qu’ils rejoignent ces derniers par la précision de leurs résultats mais les devancent par leur temps calculatoire très réduit. La méthode de Monte-Carlo est ensuite utilisée pour étudier l’effet de la variabilité spatiale 3D de l’angle de frottement et de la cohésion sur la distribution de la pression au front et la probabilité de ruine du système. Dans un premier temps, cette méthode est appliquée au nouveau modèle analytique, et dans un second temps, elle est appliquée à un méta-modèle obtenu par la méthode du chaos polynomial creux et qui vient remplacer ce dernier pour une plus grande réduction du coût calculatoire. Dans une deuxième partie, la stabilité du front de taille soutenu par boulonnage horizontal est abordée par une approche numérique tridimensionnelle pour étudier l’effet de la densité des boulons et la loi d’interaction solboulon sur les déplacements du front et la distribution des efforts au sein des boulons.

This thesis aims at studying the behavior of a tunnel face. The study deals first with the stability of tunnel face excavated with pressurized shields using both deterministic and probabilistic approaches. Two new 3D analytical models are proposed in this regard. The first model allows modeling tunnels that are bored in a multilayered purely frictional soil medium. The second one is capable of taking into account the spatial variability of the shear strength parameters of the soil. Three-dimensional random fields were generated using Karhunen-Loeve and EOLE methods. A comparison between the two new analytical models with equivalent finite element models reveals a good agreement between their results but much smaller computation times for the analytical models than the numerical ones. Monte-Carlo method is then used to evaluate the effect of cohesion and friction angle spatial variability on the critical face pressure and the system’s probability of failure. Monte-Carlo is applied first to the analytical model itself, and then it is applied to a meta-model generated with the sparse polynomial chaos expansion method that replaces the analytical model for a further reduction in the computation time. In a last part, the stability of reinforced tunnel faces (with longitudinal bolts) is addressed using a 3D numerical approach, in order to study the effect of the bolts density and the soil-bolts interface behavior on the resulting displacements and on the forces mobilized within the bolts.