Analyse dynamique non-linéaire et tridimensionnelle d’un barrage en terre

Department of Civil Engineering Princeton university Princeton, N.J. 08544, USA

Résumé

Les résultats numériques présentés illustrent les effets de la non-linéarité et de la tridimensionnalité sur le comportement dynamique d'un barrage en terre soumis à des effets sismiques. L’analyse est basée sur une modélisation numérique du barrage par la méthode des éléments finis. Les comportements non-linéaires et hystérétiques des matériaux sont modélisés à l'aide d’un modèle élasto-plastique à surfaces d'écrouissage multiples. L'intégration numérique dans le temps des équations non-linéaires est effectuée pas à pas. Deux tremblements de terre ont été considérés : l'un modéré (0,22g, durée : 35s), l'autre fort (1,2g, durée : 15s), avec des caractéristiques dynamiques (en fréquences) très différentes. Des études comparatives ont été effectuées :

• i.

  entre les analyses non-linéaires bidimensionnelles et tridimensionnelles ;

• ii.

  entre les analyses linéaires (modèle visqueux) et non-linéaires (élasto-plastiques) ;

• iii.

  entre les réponses mesurées et calculées du barrage soumis à un tremblement de terre.

Abstract

The following investigations are presented : (i) comparison between the results of 2D nonlinear and 3D nonlinear dynamic finite-element analyses of an earth dam subject to two very different input ground motions, (ii) comparison between linear and nonlinear analyses, and (iii) comparison between measured and computed earthquake responses of the dam. The study is based on rigorous nonlinear hysteretic analyses utilizing a multi-surface plasticity theory. The backbone shear stress-strain curve is assumed hyperbolic and symmetrical about the origin. Detailed comparisons of induced stresses, strains, accelerations, and permanent deformations at various locations in the dam are presented. The effects of three-dimensionality on the dynamic response, particularly on resulting permanent deformations, are assessed. The suitability of 2D analyses in determining the dynamic behavior of such structures is evaluated. Finally, the inadequacy of linear earthquake response analyses for earth dams is confirmed.