Simulation numérique du creusement d'une galerie dans un massif argileux gonflant

Numerical simulation of excavation of gallery in expansive clay

Euro-Géomat Consulting 51, route d'Olivet 45100 Orléans Tél. : 38.66.22.20 Fax : 38.66.24.70Centre de Recherche sur la Matière divisée. Groupe Géomatériaux, CNRS-ESEM rue Léonard-de-Vinci 45072 Orléans cedex 2 Tél.: 38.51.78.79 Fax : 38.63.37.96, France

Résumé

L'article présente une modélisation du comportement mécanique des argiles gonflantes saturées. Cette modélisation est associée à un modèle de comportement qui tient compte du gonflement élastoplastique de l'argile, en utilisant deux surfaces de charges, et sans couplage avec le fluide interstitiel. Le modèle permet de décrire les chemins contrainte-déformation du matériau à l'état normalement consolidé et surconsolidé. Le calcul est effectué à long terme par la prise en compte des caractéristiques drainées du matériau. Ainsi les chemins de décharge dans le massif, provoqués par l'excavation, sont décrits en contrainte totale.

La modélisation est validée dans un premier temps par des essais de laboratoire, odométrique et triaxial réalisés sur la bentonite et sur l'argile de Boom. La comparaison des résultats mesurés et des résultats calculés montre que l'ensemble des phénomènes sont décrits.

La modélisation est appliquée ensuite à la simulation du creusement d'une galerie circulaire réalisée dans une argile gonflante peu perméable. On montre que la décompression du massif suite à l'excavation se traduit par une plastification du massif proche de la paroi et par une chute des contraintes dans la zone plastique. Cette diminution de contraintes entraîne une forte convergence de la galerie qui atteint quelques centimètres en paroi. Les résultats numériques sont comparés avec les solutions analytiques proposées par Rousset (1988), et montrent que le modèle développé interprète de façon satisfaisante le comportement de la galerie après la décharge.

Abstract

The paper presents a modelling of mechanical behaviour of saturated expansive clays. This modelling is based on behaviour model including elastoplastic swelling of clay by using two plastic mechanisms. The study was carried out without association of interstitial fluid. The calculation was performed in drained conditions. The unloading paths in rock mass induced by the excavation was expressed in term of total stress.

The modelling is fitted first on laboratory tests performed on bentonite and Boom clay, the comparison between plotted and measured results shows that all the phenomena are described. Then the modelling was applied to simulate the excavation of gallery realised in expansive, impermeable clayey mass (Boom clay). We show that the decompression after excavation induces a plastification around the underground and a decrease of stresses in plastic zone. This decrease of stresses provoke the high convergence of gallery. The numerical results were compared with analytical solution proposed by Rousset (1988) and show that the modelling interpret correctly the mechanical behaviour of tunnel.