Nouvelles approches numériques pour la modélisation des massifs rocheux dégradés. Application au creusement des ouvrages souterrains soutenus.

New numerical approaches for the modelisation of damaged rock masses. Application to the excavation of reenforced underground structures.

• Auteur / Autrice : Angeline Defay
• Direction : Habibou Maitournam, Siegfried Maiolino
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides et des solides, acoustique
• Date : Soutenance le 14/10/2022
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau ; 1970 -....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences de la Mécanique et Applications Industrielles (Palaiseau ; 2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Andrei Constantinescu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Habibou Maitournam, Siegfried Maiolino, Jean Sulem, Emmanuel Bourgeois, François Corbetta
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Sulem, Emmanuel Bourgeois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Élastoplasticité

Mots clés libres

Roches

Plasticité

Excavation

Éléments finis

Méthodes numériques

Stationnaire

Rocks

Plasticity

Excavation

Finite element method

Numerical methods

Steady-State

Résumé

Les massifs rocheux dégradés sont de plus en plus rencontrés dans les projets d'aménagement car les contraintes (environnementales, foncières…) amènent à conduire des projets dans ces terrains géologiquement défavorables. L’état de l’art très insatisfaisant de l’ingénierie rocheuse pour ce type de terrains induit des écarts importants entre les calculs et le comportement réel. Dans le domaine des tunnels, la méthode classique (convergence-confinement) donne des résultats incertains pour ce type de terrain et n’a plus été actualisée depuis une quinzaine d’années, et les différentes formulations utilisées pour améliorer les résultats atteignent leurs limites, n'ayant pas été établies pour les roches.L'objectif de cette thèse est de développer les outils permettant de modéliser de manière plus réaliste le comportement des massifs rocheux. Ce comportement est représenté par le critère de Hoek et Brown régularisé dans le plan déviatorique, qui prend en compte l'effet de la contrainte principale intermédiaire et de l'angle de Lode. Les développements théoriques ont été construits dans l'espace des contraintes représenté par la trisectrice et le plan déviatorique, qui permet le calcul des déformations plastiques selon la projection orthogonale, ou en intégrant un angle de dilatance fixé. Ces développements sont ensuite utilisés pour la modélisation d'un tunnel soutenu en milieux rocheux, en utilisant un algorithme stationnaire. Les résultats des modélisations ont permis d'établir la validité de la méthode convergence-confinement et de nouvelles formules pour les massifs dégradés.

Degraded rock masses are increasingly encountered in development projects because the constraints (environmental, land price, etc.) lead to projects being carried out in these geologically unfavorable grounds. The very unsatisfactory state of rock engineering for this type of grounds leads to significant discrepancies between the calculations and the actual behavior. In the field of tunnels, the classic method (convergence-confinement) gives uncertain results for this type of grounds and has not been updated for about fifteen years, and the different formulations used to improve the results are reaching their limits, not having been established for rocks.The objective of this thesis is to develop tools to model the behavior of rock masses in a more realistic way. This behavior is represented by the Hoek and Brown criterion regularized in the deviatoric plane, which takes into account the effect of the intermediate principal stress and the Lode angle. The theoretical developments were built in the stress space represented by the hydrostatic axe and the deviatoric plane, which allows the calculation of the plastic deformations according to the orthogonal projection, or by integrating a chosen dilatancy angle. These developments are then used to model a supported tunnel in rocks, using a steady-state algorithm. The results of the modeling made it possible to establish the validity of the convergence-confinement method and new formulas for the rocks and rock masses.