Prise en compte des discontinuités dans l’élaboration d’un modèle mécanique de massif rocheux. Application au creusement de l’écluse à bateaux du barrage des Trois Gorges (Chine)

Numerical modelling of rock masses mechanical behaviour taking into account discontinuities. Application to the excavation of the three Gorges Dam shiplock (China)

Mines ParisTech Centre de Géosciences 35, rue Saint-Honoré 77305 Fontainebleau jean-alain.fleurisson@mines-paristech.fr, France.

Résumé

Cet article est relatif à l’analyse de la stabilité et à l’évaluation des déformations à long terme des parois de l’écluse à bateaux du barrage des Trois Gorges en Chine. Dans un premier temps, une étude détaillée de stabilité a été réalisée avec le logiciel DEGRÉS (Mines ParisTech-Centre de Géosciences) en prenant en compte les différentes caractéristiques géométriques et géologiques du massif rocheux et ses paramètres géomécaniques, hydrogéologiques et sismiques. Les volumes potentiellement instables et les coefficients de sécurité correspondants ont ainsi pu être calculés conduisant à des recommandations sur le drainage et les renforcements mécaniques. Dans un second temps, une méthodologie spécifique a été mise en œuvre pour analyser le comportement mécanique du massif rocheux en réponse à l’excavation, et surtout évaluer les déplacements à long terme plusieurs années après la fin de l’excavation. Elle est fondée sur la comparaison de résultats de calculs obtenus avec le logiciel FLAC (Itasca) et de données d’instrumentation obtenues alors que les travaux d’excavation de l’écluse à bateaux permanente progressaient. Plusieurs modèles de comportement, relevant en partie des techniques d’homogénéisation, mais intégrant les éléments structuraux majeurs ont ainsi été progressivement mis au point et confrontés aux données de l’instrumentation mise en place sur le site au fur et à mesure de la progression de l’excavation. Par ailleurs, la référence à des travaux de même nature précédemment réalisés dans le même massif (pour une écluse à bateaux provisoire) a permis de disposer de données relatives à des comportements fonction du temps, sur quelques années, et de caler des paramètres de viscosité. En conséquence, le modèle élaboré a permis de simuler numériquement l’évolution au cours du temps des déformations à long terme de l’écluse à bateaux permanente, ouvrage de près de 160 m de profondeur dans sa section la plus profonde.

Abstract

This paper is related to the stability analysis and evaluation of the long term deformability of the permanent shiplock rock slopes at the Three Gorges Dam site. On the one hand, a detailed stability analysis was performed using the DEGRÉS software (Mines ParisTech-Centre de Géosciences) considering various calculation conditions related to geometrical and geological rock mass features, as well as geomechanical, hydrogeological and seismic parameters. Potential unstable volumes and corresponding safety factors were calculated and resulted in drainage and reinforcement recommendations. On the other hand, a specific methodology was implemented to analyze the mechanical behaviour of the rock mass in response to the excavation and especially to evaluate long term displacements several years after the end of the excavation. It is based on comparisons between calculation results using the software FLAC (Itasca) and monitoring data obtained while the excavation process was progressing. Several geomechanical models resulting partially from homogenization techniques and partially from the integration of the main rock mass structural features were progressively implemented and their results were compared with the monitoring data. Moreover, monitoring data over several years after similar excavation works (temporary shiplock) in the same rock mass gave viscosity parameters related to the time dependant behaviour of the rock mass. Therefore, the final geomechanical model allowed the numerical simulation within the time of long term deformations of the permanent shiplock walls with a height of 160 m in the deepest section.