Ecole Doctorale
SCIENCES POUR L'INGENIEUR : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
Spécialité
« Sciences pour l'ingénieur » : spécialité « Mécanique des Solides »
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Cohésion apparente,Discontinuités rocheuses,Essais de cisaillement,Emboîtement,Modélisation aux Elements Discrets,Rugosité
Keywords
Apparent cohesion,Direct shear test,Discret element methods,Interlocking,Rock joints,Roughness
Titre de thèse
Étude du comportement au cisaillement d'une discontinuité rocheuse : Application de la cohésion apparente aux calculs de stabilité d'un barrage-poids
Study of rock joints shear behavior: Apparent cohesion implementation to gravity dam safety calculations
Date
Mercredi 13 Mai 2020 à 14:00
Adresse
INRAE-RECOVER
3275 route de Cézanne
13100 Le Tholonet Salle Cézanne
Jury
Directeur de these |
M. Laurent PEYRAS |
Aix Marseille Université / INRAE-RECOVER |
Rapporteur |
Mme Muriel GASC |
Université de Nice Sophia Antipolis / CEREMA |
Rapporteur |
M. Frédéric DUFOUR |
Grenoble INP / Laboratoire 3SR |
Examinateur |
Mme Véronique MERRIEN-SOUKATCHOFF |
Conservatoire national des Arts et Métiers |
CoDirecteur de these |
M. Patrice RIVARD |
Université de Sherbrooke |
Résumé de la thèse
En France, les barrages sont lobjet dinspections régulières afin dévaluer leur stabilité. Un des modes de rupture redouté est le cisaillement du barrage autour des discontinuités rocheuses du massif de fondation, de linterface de fondation roc-béton ou des joints de levées béton-béton.
Afin dévaluer la résistance au cisaillement de ces discontinuités, les guides professionnels préconisent la réalisation dessais de cisaillement direct et lutilisation du critère de rupture de Mohr-Coulomb. Une telle démarche permet alors dobtenir une valeur de cohésion apparente que les guides professionnels suggèrent cependant de négliger dans les calculs de stabilité, privant alors louvrage dun paramètre de résistance. Cette pratique sécuritaire et conservatrice est justifiée par les nombreuses incertitudes liées au comportement au cisaillement des discontinuités rocheuses. Issu dune collaboration entre lUniversité de Sherbrooke, INRAE et Hyrdo-Québec, ce projet de thèse a pour objectif daméliorer létat des connaissances sur le comportement au cisaillement des discontinuités rocheuses en : i) déterminant expérimentalement les facteurs dinfluence et ii) développant un modèle mécanique de comportement au cisaillement des discontinuités rocheuses prenant en compte leffet de la rugosité. Un protocole expérimental de 110 essais de cisaillement direct a été développé afin dévaluer les effets sur le cisaillement des discontinuités rocheuses de : la rugosité, lendommagement, lemboîtement, la contrainte normale, leffet des propriétés mécaniques du matériau ou du type de contact. Les résultats montrent que la rugosité et
lemboîtement semblent être les deux facteurs dinfluence les plus importants.
Par la suite des lois empiriques reliant le comportement mécanique au cisaillement dun discontinuité rocheuse à sa rugosité ont été développées. Il est apparu que lutilisation du critère de Mohr-Coulomb et des lois développées permet dapprocher avec pertinence les résultats expérimentaux. Ce modèle a ensuite été extrapolé à léchelle dun ouvrage et de son massif de fondation à laide dune modélisation numérique aux éléments discrets. Les résultats montrent que plus la rugosité des discontinuités augmente et plus la stabilité de louvrage face a des événements extrêmes est assurée.
Thesis resume
In France, dams are subject to scheduled inspections to assess their stability. Indeed, shearing phenomenon can occur around rock-rock joints inside the rock foundation mass, rock-concrete foundation contact or the concrete-concrete levee joints. Professional guidelines recommend to perform experimental direct shear tests and to use the Mohr-Coulomb failure criterion to assess the shear strength of these discontinuities. Such a process allow getting an apparent cohesion value from the experimental data. However, for safety reasons, professional standards suggest, for shear strength evaluation, that the apparent cohesion should be taken as null. This practice is conservative and motivated by the lack of knowledge about the rock joint shear behavior and failure mechanisms. This PhD project, in collaboration with Université de Sherbrooke, INRAE and Hydro-
Québec aims to : i) evaluate through an extensive experimental protocol the factors influencing the rock joitn shear behavior and ii) develop a numercial mechanical model that take into account the effect of roughness on the joints shear behavior. An experimental protocol of 110 direct shear tests was developed in order to assess the effect on the ashera behoavior of the roughness, the damaging, the interlocking, the normal load, the material mechanical properties or the contact. In this study, it appears that the roughness and the interlocking are the two main factor of influence. Empirical relationships between the joint shear mechanical behavior and its roughness were developed. Used with a Mohr-Coulomb mechanical model, it appeared that these relations were suitable to assess the joint shear mechanical behavior and the results obtained were close to the experimental data. Then, the model was exported to a case study: a dam and its rock mass foundation were modeled with discrete elements methods. Results showed that rougher the rock joints and safer the dam in front of extreme loads.