Hétérogénéités dans les massifs rocheux et stabilité des tunnels

Heterogeneity in rock masses and tunnel stability

¹ Docteur Ingénieur, Ingénieur Civil des Mines Centre d'Études et de Recherches des Charbonnages de France Laboratoire de Mécanique des Terrains École des Mines de Nancy , France
² Ingénieur Civil des Mines Division Techniques d'exécution Électricité de France , France
³ Monsieur Duffaut est actuellement Chef du Génie Géologique au Bureau de Recherches Géologiques et Minières. , France

Résumé

Il n'existe pas dans la nature de matériaux qui soient totalement homogènes, isotropes et continus. Aussi a-t-il paru utile d'étudier comment des inclusions de faible module pouvaient modifier la distribution des contraintes autour d'une cavité. La théorie de l'élasticité montre que des cavités augmentent les contraintes de compression à leur voisinage et une étude précédente des auteurs a été consacrée aux moyens de réduction des contraintes à la périphérie des excavations.

Le présent article est consacré à l'étude par la méthode des éléments finis des modifications de la distribution des contraintes introduites par des couches à faible module. Quelle que soit leur longueur ou leur direction relative par rapport au champ de contraintes biaxial initial, ces inclusions réduisent les concentrations de contraintes. Ceci conduit à dire que beaucoup de prétendus défauts du massif rocheux peuvent agir en réalité comme des réducteurs de contraintes automatiques.

Abstract

As no such material does exist in nature, ideally homogeneous, isotropic and continuous, it proves useful to study in which way low modulus inclusions can alter the stress distribution around openings. Elastic theory applied to stress-relieving grooves around openings has been studied previously by the authors and has shown the effectiveness of these alterations.

Here are studied by means of the finite element method, the effects on the stress distribution of thin low modulus layers, either different by their length, or by their direction relative to a biaxial stress field. In every case the stress concentration is definitely relieved. So a lot of so-called defects within the rock mass can act as built-in automatic stress relievers.