Une modélisation discrète du comportement mécanique des enrochements - INRAE - Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

A discrete modelling of rockfill behaviour

Une modélisation discrète du comportement mécanique des enrochements

C. Silvani

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, 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' prediction is then particularly important to ensure the structural integrity of the dams all along their life. 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 which have a 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 coupling the parameters of the cohesion model, by introducing the buoyancy forces and by decreasing 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. 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. 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 clair. 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. 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. 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 oedométrique d'un ensemble de ces blocs sont réalisées. Les simulations numériques d'essais de compression oedométrique 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.

Mots clés

Fichier non déposé

Dates et versions

tel-02589437 , version 1 (15-05-2020)

Identifiants

Citer

C. Silvani. Une modélisation discrète du comportement mécanique des enrochements. Sciences de l'environnement. Doctorat de mécanique option mécanique du solide, Université de Provence Aix-Marseille I, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02589437⟩

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