Une modélisation discrète du comportement mécanique des enrochements - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

A discrete modelling of rockfill mechanics

Une modélisation discrète du comportement mécanique des enrochements

Résumé

Rockfill are made by coarse materials, blocks, whose size can reach one meter. Rockfill dams, composed by these blocks, show some relatively important deformations during time and during their filling or during an accidental flood. These deformations seems to be related to blocks ruptures in the inner structure, but they are unfortunately unknown after the dam construction.

The settlements' prevision is then particularly important to ensure the structural integrity of the dam in a long time.

The granular media behaviour is strongly related to the discrete nature of the medium. A discrete model is proposed to take into account rockfill particularities with local parameters that have clear physical sense. Ruptures are rockfill major features. The major idea in this work, consisted in developing a numerical discrete model to account for progressive and delayed blocks failure. Each block is considered as an assembly of particles with initial cohesive bonds which can decrease progressively during the loading. A damaging interface model is proposed to describe this progressive phenomenon. The model is composed by two yield surfaces (damage and fracture yield surfaces). A characteristic time is related to the damage evolution. The water influence is introduced by couplage with the parameters of the cohesion model, by decrease of the wedge and of the local friction. The modelling adopted is based on the “Non Smooth Contact Dynamics Method”, where grains and particles are rigid. The model is implemented on the discrete element code, LMGC90.

Numerical simulations are realised at contacts, block and rockfill scales. First simulations consisted in modelling an assembly of unbreakable blocks disposed in a rockfill column and progressively filled by water. Simulations reveal that the buoyancy forces and the diminution of the local friction produce only low displacements in the medium. These simulations verify that blocks fracture is the major phenomenon responsible of the settlements of rockfill dams.

Simulations of compression of breakable blocks and oedometric compression of an assembly of these blocks are realised. Results show that bonds ruptures and deformations are well correlated. Numerical simulations of oedometric compression tests composed by rockfill reveal some creep and relaxation responses. These tests reproduce the basic phenomena with only few parameters.
Les enrochements sont des matériaux granulaires constitués de blocs rocheux dont la taille peut atteindre plusieurs dizaines de centimètres. Les barrages en enrochements, constitués par ces matériaux grossiers, présentent des déformations relativement importantes au cours du temps et peuvent également tasser au moment de leur remplissage ou lors d'une crue accidentelle. Ces déformations semblent liées à des ruptures de blocs à l'intérieur de l'ouvrage, mais ne sont malheureusement pas connues après la construction.

La prévision de ces tassements est donc particulièrement importante pour s'assurer de l'intégrité structurelle de l'ouvrage à long terme.

Le comportement des matériaux granulaires étant fortement lié à la nature discrète du milieu, un modèle discret est proposé afin de prendre en compte les particularités des enrochements avec des paramètres locaux au sens physique clairs. Les phénomènes de rupture sont les principales caractéristiques des enrochements. La démarche retenue dans ce travail s'est attachée à développer un modèle numérique discret capable de prendre en compte la fissuration progressive et différée des blocs rocheux. Chaque bloc est représenté par un assemblage de particules, initialement liées par une cohésion qui peut diminuer progressivement au cours du chargement. Un modèle d'endommagement interfacial est proposé pour décrire cette décroissance progressive au cours du temps. Le modèle comporte deux surfaces seuil (endommagement et de rupture). Un temps caractéristique d'endommagement règle la vitesse d'endommagement. L'effet de l'eau est introduit par couplage avec les paramètres du modèle de cohésion, par la diminution des forces de pesanteur et du coefficient de frottement local. La modélisation adoptée est de type « Non Smooth Contact Dynamics », où les grains et particules sont supposés rigides. Le modèle est implémenté sur la plateforme logicielle LMGC90.

Des simulations numériques à l'échelle des contacts, à l'échelle du bloc et à l'échelle de l'enrochement sont effectuées. Des premières simulations consistent à simuler un ensemble de blocs rocheux incassables placés dans une colonne d'enrochements progressivement remplie en eau. Les simulations révèlent que la prise en compte du déjaugeage et d'une diminution réaliste du coefficient de frottement local ne génèrent que des déplacements faibles dans le milieu. Ces simulations permettent de vérifier que le phénomène essentiel à l'origine des tassements dans un barrage en enrochement est lié à la rupture des blocs rocheux.

Des simulations de compression de blocs cassables (constitués de particules) et de compression œdométrique d'un ensemble de ces blocs sont réalisées. Les essais montrent que le temps caractéristique d'endommagement permet de mettre à l'échelle le comportement du matériau. Les résultats indiquent que l'histoire des évènements de rupture et des déformations sont bien corrélées. Les simulations numériques d'essais de compression œdométrique d'enrochements modèles de barrage mettent en évidence des réponses assimilables au fluage ou à la relaxation. Ces essais reproduisent les phénomènes de base avec très peu de paramètres.
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Dates et versions

tel-00172321 , version 1 (14-09-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00172321 , version 1

Citer

Claire Silvani. Une modélisation discrète du comportement mécanique des enrochements. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université de Provence - Aix-Marseille I, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00172321⟩
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