Plasticité et endommagement du sel gemme

Plasticity and damage of rocksalt

Groupement pour l'étude des structures souterraines de stockage G.3S - LMS (URA 317), École polytechnique, 91128 Palaiseau Cedex, France

Résumé

L'apparition de déformations permanentes, instantanées ou différées, sous le moindre chargement déviatorique, caractérise la rhéologie du sel gemme. Sous certaines conditions de chargement, l'endommagement apparaît, pouvant nuire à la sûreté d'ouvrages souterrains de stockage, notamment par accroissement de la perméabilité.

Des essais de laboratoire de compression et d'extension sous chargement axisymétrique ont été réalisés afin de caractériser le comportement du sel gemme au cours de son endommagement. La mesure des déformations volumiques en continu permet d'identifier l'initiation de l’endommagement, liée à l'apparition de dilatance. Un critère d'endommagement ouvert dans l'espace des contraintes est ainsi établi. Ce critère tient compte de la précocité de l'endommagement en extension par rapport à la compression.

Sur la base des résultats expérimentaux, un modèle est proposé afin de prendre en compte la plasticité et l'endommagement du sel gemme. Suivant un formalisme de plasticité non standard, ce modèle est généralisé à tout l'espace des contraintes. Le paramètre d'écrouissage est la distorsion plastique. Les choix de la surface de charge et du potentiel plastique sont reliés à l'analyse de l'évolution de l'angle de dilatance. Enfin, le modèle est appliqué au cas du calcul de structures souterraines simplifiées, faisant apparaître les risques d'endommagement en milieu salifère.

Abstract

Instantaneous or delayed permanent strains generated under small deviatonc stress are characteristic of rocksalt rheology. Development of damage for particular stress state, often implies permeability increase, which compromise the safety of underground storage cavities.

To study damage evolution in rocksalt, under different stress paths, compression and extension axisymmetric triaxial tests are performed in the laboratory. As damage is linked to development of micro viods and microcracks, and identified to irreversible dilatancy, volume change measurements are carried out during the tests. The stress state corresponding to the dilatancy onset, allows the identification of a damage initiation criterion. This criterion is proposed as an open surface in the stress space, including the effect of the damage precocity under extension stress state.

Before and during damage evolution, rocksalt exhibits plastic strains. An elastic-plastic model, 3D generalised, is proposed. It considers isotropic hardening and non-associtated flow rule with plastic distortion as a hardening parameter. Model parameters are fitted using experimental data for the evolution of the dilatancy angle. A numerical application to spherical and cylindrical cavities is given, showing the damage risk assessment.