Comportement mécanique d’un massif rocheux fracturé considéré comme un assemblage d’éléments discrets : exemple d’une modélisation par la méthode Non-Smooth Contact Dynamics

Mechanical behavior of a fractured rock mass considered as an assembly of distinct elements: example of a model using the Non-Smooth Contact Dynamics method

¹ University of Zanjan University Boulevard PO Box 313 45371-38111, Iran.
² Projet Géo-Mécanique et Hydrologie Centre des Matériaux de Grande Diffusion École des mines d’Alès 6, av. des Clavières 30319 Alès Cedex, France marc.vinches@ema.fr.
³ Laboratoire de Mécanique et Génie civil UMR 5508 Université Montpellier II CC 048 place Eugène-Bataillon 34095 Montpellier Cedex 5 France bohatier@lmgc. univ-montp2.fr, France.

Résumé

Cet article présente l’application de la méthode NSCD (Non-Smooth Contact Dynamics) à la modélisation du comportement mécanique d’un massif rocheux fracturé. Cette méthode numérique permet de calculer le comportement dynamique d’assemblages de corps soumis à des contraintes unilatérales de non interpénétration mutuelle, en tenant compte, dans le cas de contacts, de lois d’interaction spécifiées, mais aussi de sauts de vitesses qui peuvent résulter de collisions. La non-régularité essentielle du problème est traitée sans recourir à la régularisation. La méthode est utilisée ici pour analyser la stabilité d’un massif rocheux dont la géométrie est créée à l’aide d’un modèle d’analyse statistique des données d’orientation des discontinuités mesurées dans le cadre d’un aménagement routier. Dans le code de génération du massif fracturé, on a la possibilité d’intégrer les systèmes de fracturation, de manière hiérarchique ou non, en fonction de l’information statistique et géostatistique fournie par les mesures sur le terrain. Pour chaque famille, la continuité des fractures au sein du massif est contrôlée par le paramètre de persistance. Un paramètre auxiliaire permet de définir un volume minimal des blocs engendrés dans le modèle. Des résultats sur un exemple réel sont présentés à titre d’illustration de la méthode.

Abstract

This paper presents the application of the Non-Smooth Contact Dynamics method (NSCD) to the modeling of the mechanical behavior of a fractured rock mass. This numerical method allows us to compute the dynamic behavior of a collection of solids subjected to unilateral constraints of no interpenetration, taking into account in case of contacts, specified interaction laws, but also velocity jumps resulting from collisions. The non-smooth character of this problem is tackled without regularization procedures. The method is used in this case for the stability analysis of a fractured rock mass. Its geometry is generated on the basis of the statistical analysis of orientation data of discontinuities, measured on a road site. In the code developed for the generation of the rock mass, one can input the fracture sets in a hierarchical way, depending on the statistical and geostatistical information obtained from the field measurements. For each family, the continuity of the fractures, inside the rock mass, is controlled by a persistence parameter. An auxiliary parameter allows the definition of a minimal volume of the generated blocks in the model. Some results on a real engineering case are presented as an illustration of the method.