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Thèse Année : 2023

Time-dependent hydromechanical behaviour of callovo-oxfordian claystone by anatytical and multiscale numerical methods

Comportement hydromécanique différé de l'argile callovo-oxfordienne par méthodes analytiques et numériques multi-échelles

Yufeng Sun
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1376895
  • IdRef : 277192617

Résumé

In the context of radioactive waste repository, the time-dependent hydromechanical behaviour of the Callovo-Oxfordian (COx) claystone is investigated to ensure the safety conditions required for long-term repository of radioactive wastes.The first two parts of the study are based on the phenomenological approach carried out directly at the macroscale. Firstly, a quasi-analytical model for the hydromechanical behaviour of a deep spherical cavity excavated in a dilatant poro-viscoplastic rock mass is presented, considering three stages of a simplified life cycle: excavation, free convergence and post-closure. Subsequently, the sensitive and probability analyses are carried out using the finite element code Cast3M toinvestigate the time-dependent extent of the Excavation Damaged Zone (EDZ).In the following, a multiscale numerical approach is employed to investigate its creep and damage behaviour under mechanical condition. Firstly, a micromechanics-based model within the finite element square (FE2) framework is developed to model the short-term and long-term behaviours of saturated COx claystone. For the viscous behaviour, two microscale mechanisms have been introduced: the viscoplasticity of the clay aggregates and the viscoelasticity of their contacts. Then, the creep model of COx claystones developed at small scale is applied to model the large-scale creep behaviour at laboratory and gallery scales. From simulation results of laboratory scale, a clear three-stage creep process is reproduced, including the primary creep stage, second creep stage and tertiary creep stage. At the gallery scale, the long-term effect of viscosity on the gallery convergences, the evolution of EDZ, and the long-term drainage and pore pressure around a gallery are investigated. Finally, the above developed double-scale creep model used to simulate saturated cracked medium is extend to partial saturated case to study the interaction between rock and the atmosphere occurs through air circulation within underground galleries. The emphasis is to study the effect of the gallery air ventilation on hydromechanical behaviour of host rock.
Dans le contexte d'un stockage de déchets radioactifs, le comportement hydromécanique dépendant du temps de l'argile du Callovo-Oxfordien (COx) est étudié pour assurer les conditions de sûreté requises pour un stockage à long terme de déchets radioactifs.Les deux premières parties de l'étude s'appuient sur l'approche phénoménologique menée directement à l'échelle macro. Dans un premier temps, un modèle quasi-analytique du comportement hydromécanique d'une cavité sphérique profonde creusée dans un massif rocheux dilatant poro-viscoplastique est présenté, en considérant trois étapes d'un cycle de vie simplifié : excavation, convergence libre et post-fermeture. Par la suite, les analyses sensibles et de probabilité sont effectuées à l'aide du code d'éléments finis Cast3M pour étudier l'étendue en fonction du temps de la zone endommagée par l'excavation (EDZ).Dans ce qui suit, une approche numérique multi-échelles est utilisée pour étudier son comportement de fluage et d'endommagement dans des conditions mécaniques. Tout d'abord, un modèle basé sur la micromécanique dans le cadre du carré des éléments finis (FE2) est développé pour modéliser les comportements à court et à long terme de l'argile COx saturée. Pour le comportement visqueux, deux mécanismes micrométriques ont été introduits : la viscoplasticité des agrégats d'argile et la viscoélasticité de leurs contacts. Ensuite, le modèle de fluage des argiles COx développé à petite échelle est appliqué pour modéliser le comportement de fluage à grande échelle à l'échelle du laboratoire et de la galerie. À partir des résultats de simulation à l'échelle du laboratoire, un processus de fluage clair en trois étapes est reproduit, comprenant l'étape de fluage primaire, la deuxième étape de fluage et l'étape de fluage tertiaire. A l'échelle de la galerie, l'effet à long terme de la viscosité sur les convergences de la galerie, l'évolution de l'EDZ et le drainage à long terme et la pression interstitielle autour d'une galerie sont étudiés. Enfin, le modèle de fluage à double échelle développé ci-dessus utilisé pour simuler un milieu fissuré saturé est étendu au cas partiellement saturé pour étudier l'interaction entre la roche et l'atmosphère qui se produit à travers la circulation de l'air dans les galeries souterraines. L'accent est mis sur l'étude de l'effet de la ventilation de la galerie sur le comportement hydromécanique de la roche hôte.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)
Format : Autre

Dates et versions

tel-04552884 , version 1 (19-04-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04552884 , version 1

Citer

Yufeng Sun. Time-dependent hydromechanical behaviour of callovo-oxfordian claystone by anatytical and multiscale numerical methods. Materials and structures in mechanics [physics.class-ph]. École Nationale des Travaux Publics de l'État [ENTPE], 2023. English. ⟨NNT : 2023ENTP0009⟩. ⟨tel-04552884⟩
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