Numéro |
Rev. Fr. Geotech.
Numéro 81, 1997
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Page(s) | 41 - 51 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/geotech/1997081041 | |
Publié en ligne | 9 octobre 2017 |
Modélisation du comportement hydromécanique d’un joint rocheux sous contrainte normale
Modelling of the hydromechanical behaviour of rock joint under normal stress
1 Laboratoire de Mécanique de Lille, URA CNRS 1441, EUDIL département Géotechnique Génie civil, Cité scientifique, 59655 Villeneuve-d’Ascq Cedex, France.
2 École Centrale de Lille, Cité scientifique, 59655 Villeneuve-d’Ascq Cedex, France.
3 Laboratoire P3MG, groupe Géotechnique, Exploitation, Ressources, Minéralogie, École des Mines d’Alès, 6, avenue de Clavières, 30319 Alès Cedex, France.
Cet article présente une modélisation du comportement normal, hydromécanique, d’un joint rocheux. Souvent, un tel comportement est décrit par des relations empiriques permettant de reproduire la non-linéarité de la courbe d’écrasement (l’effet d’hystérésis observé pendant la réourverture du joint est rarement modélisé). Le modèle que nous exposons ici est une approche physique du processus d’écrasement. La rugosité du joint est prise en compte par un modèle géométrique composé d’un ensemble de plots de hauteurs et surfaces différentes qui se mettent successivement en contact avec l’augmentation de la contrainte normale. La non-réversibilité à la réouverture est obtenue en prenant un comportement élastoplastique avec écrouissage cinématique pour le plot. Moyennant l’identification de quelques paramètres par méthode inverse, il est possible avec ce modèle de reproduire avec une bonne corrélation le comportement de joints de roches de natures différentes (granité ; marbre...). Le modèle permet de trouver la surface en contact des différents plots et donc en cas de pression de liquide de définir une notion du type contrainte effective. On reproduit dans ce cas assez fidèlement le comportement d’une fracture sous contrainte normale et pression interne. Cette approche permet de calculer l’ouverture moyenne du joint, localement en fonction de la contrainte et de la pression. A partir de cette ouverture et de l’utilisation d’une loi classique d’écoulement - la loi cubique - il est possible de modéliser le comportement hydraulique du joint et d’y évaluer la distribution des pressions. De nouveau la correspondance entre la simulation et les résultats expérimentaux est bonne.
Abstract
This paper deals with a model intended to describe the hydromechanical behaviour of a rock joint under normal stresses. Empirical formulas, which are often used to model such behaviour, are generally able to reproduce the stress strain relation non-linearity observed during joint crushing. However they are poorly efficient to simulate the joint re-opening when hysteretic effects take place. The joint geometry is specially designed in order to find a physically realistic joint behaviour. This geometry gives an image of joint roughness by the use of a collection of various pins. These pins, which have their own height and section, come gradually into contact during loading. Pins material is elasto-plastic with kinematic hardening. As a result the hysteretic effect, observed during unloading, can be reproduced. The model parameters are numerically calculated by inversion methods. Afterwards, the results of a number of laboratory tests on marble and granite joints are used to evaluate the ability of the model to reproduce the observed behaviour. The agreement between observed and calculated results is considered satisfactory. The model can also predict the surface area of the pins which are in contact. Thus, a stress quite similar to effective stress, can be calculated when internal pressure is applied within the joint. The joint opening can be then obtained with respect to stress and internal pressure. This allows to predict the hydro-mechanical behaviour by the use of cubic laws for hydraulic flowing. Hence the model produces good evaluation of flow rate or pressure distribution into the joint, under prescribed pressure conditions.
© CFMS-CFGI-CFMR-CFG 1997
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