Author: JIFANG.. LIN Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 180
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LE TRAVAIL DECRIT DANS CETTE THESE A POUR PRINCIPAL OBJECTIF DE DEVELOPPER UN MODELE NUMERIQUE POUR L'ETUDE DU COMPORTEMENT HYDROMECANIQUE D'UNE FRACTURE ROCHEUSE. POUR CE FAIRE, NOUS PROPOSONS EN PREMIER LIEU TROIS MODELES NUMERIQUES CONCERNANT LA GEOMETRIE D'UNE FRACTURE, L'ECOULEMENT HYDRAULIQUE DANS LA FRACTURE ET LA DEFORMATION DE LA FRACTURE SOUS CONTRAINTE NORMALE. CES TROIS MODELES DISCRETISENT DE LA MEME MANIERE LE PLAN D'UNE FRACTURE EN ELEMENTS RECTANGULAIRES IDENTIQUES, DONC ILS UTILISENT DONC UN MAILLAGE COMMUN POUR LES CALCULS NUMERIQUES. LE CALCUL HYDRAULIQUE DANS UNE FRACTURE SE FAIT PAR LA DISCRETISATION DU VIDE DE LA FRACTURE, LA LOI DE LA CONSERVATION DE LA MASSE EST APPLIQUEE A CHAQUE ELEMENT DU MODELE. LA DEFORMATION MECANIQUE DE LA FRACTURE EST CALCULEE AVEC LA METHODE DES ELEMENTS FRONTIERES EN SUPPOSANT QUE LA FRACTURE SE TROUVE DANS UN MILIEU ELASTIQUE ET INFINI DANS L'ESPACE. ENSUITE, POUR ASSOCIER LE MODELE HYDRAULIQUE AU MODELE MECANIQUE, NOUS PRESENTONS UN PROCESSUS DE COUPLAGE QUI NOUS CONDUIT A LA REALISATION D'UN CODE NUMERIQUE (COHM3D), QUI PERMET D'ETUDIER D'UNE FACON NUMERIQUE LE COMPORTEMENT COUPLE HYDROMECANIQUE D'UNE FRACTURE ROCHEUSE SOUS CONTRAINTE NORMALE. DES CALCULS DE VERIFICATION DU MODELE HYDRAULIQUE ET DU MODELE MECANIQUE VONT ETRE EFFECTUES. UNE ETUDE D'APPLICATION VA ETRE EGALEMENT PRESENTEE POUR MODELISER LE COMPORTEMENT HYDROMECANIQUE DES FRACTURES DE GEOMETRIE DIFFERENTE SOUS CONTRAINTE NORMALE
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LA PREMIERE PARTIE DU MEMOIRE DECRIT L'ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE APPROFONDIE MENEE SUR LA MODELISATION DU COMPORTEMENT HYDROMECANIQUE DES MILIEUX FRACTURES. CETTE ETUDE ABORDE LES MODELES DE REPRESENTATION GEOMETRIQUE DE CES MILIEUX, PUIS PRESENTE DIVERS MODELES DE COMPORTEMENT MECANIQUE A L'ECHELLE D'UN RESEAU DE FRACTURES ET A L'ECHELLE D'UNE FRACTURE UNIQUE. LE CHAPITRE CONSACRE AU COMPORTEMENT HYDRAULIQUE TENTE DE RESTITUER UNE EVOLUTION CHRONOLOGIQUE DES TENDANCES REPRESENTATIVES DES MODELES A L'ECHELLE D'UNE FRACTURE UNIQUE. CETTE PARTIE S'ACHEVE PAR LA PRESENTATION DES PRINCIPAUX CONCEPTS A LA BASE DES MODELES LES PLUS COURANTS DE COMPORTEMENT HYDROMECANIQUE, AUSSI BIEN A L'ECHELLE D'UN RESEAU, QUE D'UNE FRACTURE UNIQUE. A LA SUITE DE CETTE ETUDE, UN MODULE DE CALCUL D'ECOULEMENT EST REALISE A L'ECHELLE D'UNE FRACTURE UNIQUE. DEUX PRINCIPES ONT GUIDE LA REALISATION DE CE MODULE: D'UNE PART, PRENDRE EN COMPTE LES INFORMATIONS EXPERIMENTALES DISPONIBLES SUR LE VIDE FISSURAL ; ET, D'AUTRE PART, EVITER DE TRAITER LE PROBLEME EN TROIS DIMENSIONS POUR PERMETTRE UNE ADAPTATION REALISTE A L'ECHELLE D'UN RESEAU DE FRACTURES. DANS CE MODELE, LA FRACTURE EST REPRESENTEE PAR UNE SURFACE A L'INTERIEUR DE LAQUELLE SE SITUENT EVENTUELLEMENT DES ZONES DE CONTACT. L'OUVERTURE ENTRE LES DEUX EPONTES, VARIABLE EN TOUT POINT DE LA FRACTURE, EST PRISE EN COMPTE DANS LES EQUATIONS MATHEMATIQUES SOUS LA FORME D'UNE FONCTION REGULIERE. LE SCHEMA NUMERIQUE ASSOCIE EST ISSU DU MODELE DE SAINT-VENANT. L'APPROXIMATION NUMERIQUE DE CE PROBLEME EST ASSUREE PAR UNE METHODE D'ELEMENTS FINIS MIXTES. LA RESOLUTION DU SYSTEME LINEAIRE MIS EN PLACE, EFFECTUEE PAR LA METHODE DU LAGRANGIEN AUGMENTE, CONDUIT AU CALCUL DU CHAMP DES VITESSES ET DES PRESSIONS DU FLUIDE A L'INTERIEUR DE LA FRACTURE ; DE PLUS, IL EST POSSIBLE D'ESTIMER LE DEBIT TRAVERSANT UNE SECTION DONNEE
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DE NOMBREUSES APPLICATIONS EN GENIE CIVIL SONT MISES EN UVRE DANS DES MASSIFS ROCHEUX, NOTRE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE DE LEUR COMPORTEMENT HYDROMECANIQUE. CES MASSIFS PEUVENT PRESENTER DES DEFAUTS DE DIFFERENTES TAILLES. ILS PEUVENT CONTENIR D'UNE PART DES FRACTURES NATURELLES DE PLUSIEURS METRES OU PLUS ET D'AUTRE PART, DES MICROFISSURES INDUITES PAR LA PERTURBATION DU CHAMP DE CONTRAINTES DUE A LA CONSTRUCTION DE L'OUVRAGE. AINSI, LA DESCRIPTION DE LEUR COMPORTEMENT PASSE PAR UNE DESCRIPTION PRECISE DU COMPORTEMENT DE LA FRACTURE ROCHEUSE ET DE CELUI DE LA MATRICE ROCHEUSE MICROFISSUREE. LA THEORIE GENERALE DE POROELASTICITE DE BIOT EST ALORS GENERALISEE ET DEUX MODELES, L'UN CARACTERISANT LE COMPORTEMENT DE LA FRACTURE ET L'AUTRE DECRIVANT LE COMPORTEMENT DE LA MATRICE ROCHEUSE, SONT ICI PRESENTES. EN EFFET, SI LA DESCRIPTION MECANIQUE D'UNE FRACTURE ROCHEUSE SEMBLE MAITRISEE, LA MODELISATION HYDROMECANIQUE RESTE A COMPLETER. UN MODELE POROMECANIQUE EST ALORS PROPOSE EN CONSIDERANT LA FRACTURE COMME UN ENSEMBLE DE VIDES ENTRE DEUX SURFACES RUGUEUSES, LA PERFORMANCE DU MODELE EST DISCUTEE A TRAVERS LA COMPARAISON ENTRE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET LES SIMULATIONS NUMERIQUES. LE MODELE EST IMPLANTE DANS UN CODE DE CALCULS PAR ELEMENTS FINIS : UN ELEMENT JOINT SPECIFIQUE EST UTILISE POUR DECRIRE LES ECHANGES ENTRE LA MATRICE ROCHEUSE ET LA FRACTURE, QUELQUES EXEMPLES NUMERIQUES SONT PRESENTES. POUR LA MATRICE ROCHEUSE, LA PLUPART DES MODELES CONCERNENT LES MATERIAUX FRAGILES SECS, PEU DE TRAVAUX SONT CONSACRES A LA MODELISATION DU COMPORTEMENT DE LA MATRICE ROCHEUSE SATUREE MICROFISSUREE. UN MODELE POROELASTIQUE D'ENDOMMAGEMENT EST ALORS PROPOSE. L'ACCENT EST MIS SUR LA DESCRIPTION DES CONSEQUENCES PRINCIPALES DE L'ENDOMMAGEMENT SUR LES PROPRIETES POROELASTIQUES DU MATERIAU POREUX FRAGILE. CE MODELE EST TESTE A TRAVERS LA COMPARAISON ENTRE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET LES SIMULATIONS NUMERIQUES.
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De nombreuses applications en génie civil dans les massifs rocheux fracturés exigent des études de faisabilité précises. Ces massifs peuvent présenter des défauts de différentes tailles. Ils peuvent contenir d'une part des micro fissures induites par la perturbation du champ de contraintes due à la construction d'un l'ouvrage, et d'autre part des fractures naturelles de plusieurs mètres voire plus. Notre travail est d'apporter des informations supplémentaires nouvelles sur le comportement hydromécanique des joints rocheux naturels et sur la modélisation constitutive de leur comportement hydromécanique. L'étude expérimentale a consisté en une série d'essais hydromécaniques de compression simple avec la machine BCR-3D du laboratoire 3S de Grenoble. Nous avons présenté un modèle hydromécanique constitutif original, qui peut être un moyen efficace pour modéliser le comportement hydromécanique des joints rocheux en compression et en cisaillement, en échelle méso sans prendre en compte l'effet d'échelle. La Boîte de Cisaillement direct pour Roches à 3 Dimensions, appelée BCR3D, a servi à la réalisation de nos essais mécaniques et hydromécaniques sur les interfaces entre géomatériaux. Cette boîte de cisaillement direct particulière a un système d'injection hydraulique afin d'étudier le comportement hydromécanique des joints rocheux et aussi de mesurer l'anisotropie hydraulique des écoulements. A l'aide du modèle de Divoux modifié et de l'approche de Darcy sous forme incrémentale, nous avons détaillé un modèle hydromécanique incrémentaI non linéaire original. Nous avons mis au point la formulation de transmissivité hydraulique des joints rocheux selon deux chemins: tout d'abord, l'évolution de transmissivité en fonction de la contrainte normale (et de l'énergie spécifique normale), et ensuite les changements de transmissivité en fonction du chemin de cisaillement (et de l'énergie spécifique tangentielle). La performance du modèle est discutée à travers la comparaison entre des résultats expérimentaux et les modélisations constitutives. Le modèle hydromécanique incrémentaI non linéaire (LHMIN) pour l'interface, permet d'évaluer soit le débit, soit la transmissivité fonction du niveau de contrainte normale, de l'énergie normale, du niveau de contrainte de cisaillement et de l'énergie de cisaillement imposés au joint rocheux. Nous avons vu qu'il est possible de comparer schématiquement par simulation, le débit percolant entre divers géomatériaux au débit percolant à travers la masse de ces géomatériaux s'agissant d'un bouchon de galerie, nous avons présenté l'évolution de la transmissivité en cas de cisaillement pour quatre valeurs différentes de retrait du béton de scellement. Dans ce cas proche de la réalité, l'évolution mécanique à l'interface roche béton a été calculée grâce au code de calcul PLAXIS.
Author: Maxime Faivre Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Nous présentons dans ce mémoire l'influence que peuvent avoir les écoulements de fluide au sein de la matrice rocheuse fracturée, laquelle est sujette aux variations locales ou régionales de l'état de contrainte in situ. Du fait de l'augmentation de la pression de pore, la longueur et l'ouverture de la (les) fracture(s) peuvent subir des variations significatives et conduire à la formation de chemins préférentiels pour l'écoulement du fluide dans le milieu géologique. Les modèles théorique et numérique évoqués ici sont des modèles de comportement hydro-mécanique pour le milieu poreux saturé en présence d'une seule phase fluide. La méthode des éléments finis étendue (XFEM) est utilisée afin de modéliser la dynamique des fractures ainsi que les écoulements de fluide dans la matrice rocheuse fracturée, sans être tributaire de la dépendance au maillage. Ainsi, nous considérons: (i) qu'il existe une pression fluide induite par l'écoulement au sein de la fracture, (ii) que la dynamique de la fracture est gérée grâce à un modèle de zone cohésive en supposant un chemin de propagation prédéfini, et (iii) que des échanges entre la fracture et la matrice poreuse peuvent se produire. Ce dernier aspect sera pris en compte en introduisant, dans la formulation du problème couplé, un champ de multiplicateur de Lagrange. Ce champ résulte de la dualisation de la condition d'égalité entre la pression de pore et de la pression de fluide au niveau des parois de la fracture. Afin de respecter les contraintes liées à XFEM, nous avons choisi d'introduire dans la formulation une loi cohésive non-régularisée de type Talon-Curnier. Ce type de loi est capable de gérer la propagation et/ou la refermeture de la fracture. Le modèle HM-XFEM a été validé à partir des solutions analytiques du modèle 2D de fracture KGD, et ce, pour différents régimes de propagation. Nous avons ensuite appliqué le modèle HM-XFEM au cas d'un réseau de fractures non connectées entre elles et évoluant sur des chemins de propagation prédéfinis, afin d'analyser comment les fractures d'un réseau peuvent influer les unes sur les autres lorsqu'elles sont soumises à un écoulement. En particulier, une étude paramétrique a été menée afin de montrer l'influence que peuvent avoir la viscosité, le débit d'injection et l'écartement entre les fractures sur leur propagation. Une attention particulière sera porté à l'évolution du stress-shadowing effect (i.e. modification de l'état de contrainte due à l'effet d'interaction entre les fractures).
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De nombreuses applications en génie civil dans les massifs rocheux fracturés exigent des études de faisabilité précises. Ces massifs peuvent présenter des défauts de différentes tailles. Ils peuvent contenir d'une part des micro fissures induites par la perturbation du champ de contraintes due à la construction d'un l'ouvrage, et d'autre part des fractures naturelles de plusieurs mètres voire plus. Notre travail est d'apporter des informations supplémentaires nouvelles sur le comportement hydromécanique des joints rocheux naturels et sur la modélisation constitutive de leur comportement hydromécanique. L'étude expérimentale a consisté en une série d'essais hydromécaniques de compression simple avec la machine BCR-3D du laboratoire 3S de Grenoble. Nous avons présenté un modèle hydromécanique constitutif original, qui peut être un moyen efficace pour modéliser le comportement hydromécanique des joints rocheux en compression et en cisaillement, en échelle méso sans prendre en compte l'effet d'échelle. La Boîte de Cisaillement direct pour Roches à 3 Dimensions, appelée BCR3D, a servi à la réalisation de nos essais mécaniques et hydromécaniques sur les interfaces entre géomatériaux. Cette boîte de cisaillement direct particulière a un système d'injection hydraulique afin d'étudier le comportement hydromécanique des joints rocheux et aussi de mesurer l'anisotropie hydraulique des écoulements. A l'aide du modèle de Divoux modifié et de l'approche de Darcy sous forme incrémentale, nous avons détaillé un modèle hydromécanique incrémentaI non linéaire original. Nous avons mis au point la formulation de transmissivité hydraulique des joints rocheux selon deux chemins: tout d'abord, l'évolution de transmissivité en fonction de la contrainte normale (et de l'énergie spécifique normale), et ensuite les changements de transmissivité en fonction du chemin de cisaillement (et de l'énergie spécifique tangentielle). La performance du modèle est discutée à travers la comparaison entre des résultats expérimentaux et les modélisations constitutives. Le modèle hydromécanique incrémentaI non linéaire (LHMIN) pour l'interface, permet d'évaluer soit le débit, soit la transmissivité fonction du niveau de contrainte normale, de l'énergie normale, du niveau de contrainte de cisaillement et de l'énergie de cisaillement imposés au joint rocheux. Nous avons vu qu'il est possible de comparer schématiquement par simulation, le débit percolant entre divers géomatériaux au débit percolant à travers la masse de ces géomatériaux s'agissant d'un bouchon de galerie, nous avons présenté l'évolution de la transmissivité en cas de cisaillement pour quatre valeurs différentes de retrait du béton de scellement. Dans ce cas proche de la réalité, l'évolution mécanique à l'interface roche béton a été calculée grâce au code de calcul PLAXIS.
Author: Li Li Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 190
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POUR ETUDIER LES LOIS DE COUPLAGE HYDROMECANIQUE DES FRACTURES, UN LABORATOIRE DE TERRAIN A ETE CREE SUR UN BLOC D'UN METRE CUBE DANS UNE CARRIERE AU MAYET DE MONTAGNE, 4 CAMPAGNES D'ESSAIS HYDROMECANIQUES ONT ETE REALISEES. IL A ETE PREVU QUE LE PROBLEME POURRAIT ETRE TRAITE CORRECTEMENT PAR UN MODELE 2D PUISQUE LE BLOC D'ESSAI A UN PLAN DE SYMETRIE. CECI S'EST REVELE VRAI POUR LES PREMIERS ESSAIS PUREMENT MECANIQUES MAIS PAS POUR LES ESSAIS QUI ONT SUIVI. DES PRODUCTIONS D'EAU A L'EXTERIEUR DU BLOC D'ESSAIS AU COURS DES ESSAIS HYDROMECANIQUES EN 1992 NOUS A CONDUIT A PENSER QU'UNE FRACTURE SUBHORIZONTALE A ETE CREEE PAR L'INJECTION D'EAU ET QUE LE PROBLEME N'ETAIT PLUS BIDIMENSIONNEL. CELA A ETE CONFIRME PAR LES CAROTTAGES DE 1993. DEUX FRACTURES NON PARALLELES ONT ETE IDENTIFIEES ET DONC LE PROBLEME EST VRAIMENT TRIDIMENSIONNEL. UN MODELE 3D EST INDISPENSABLE POUR INTERPRETER LES DONNEES OBTENUES ENTRE 1990 ET 1992. LA METHODE DE DISCONTINUITE DE DEPLACEMENT EN 3D DANS UN ESPACE SEMI-INFINI A ETE CHOISIE PUISQU'ELLE NE NECESSITE LA DISCRETISATION DU VOLUME, NI DE LA SURFACE LIBRE HORIZONTALE. LE PROGRAMME DEVELOPPE A ETE VERIFIE PAR DE NOMBREUX TESTS. UNE NOUVELLE CAMPAGNE D'ESSAIS A ETE REPRISE SUR UN NOUVEAU SITE DANS LA MEME CARRIERE AU MAYET DE MONTAGNE EN 1995 SUR UNE FRACTURE SUPPOSEE AVOIR UNE GEOMETRIE SIMPLE ET BIEN CONNUE. L'OBJECTIF ETAIT DE RESOUDRE TOUT D'ABORD LE PROBLEME SIMPLE ET ORIGINAL. LE BON FONCTIONNEMENT DU SYSTEME D'ESSAIS A ETE BIEN VERIFIE PAR LES PREMIERS ESSAIS D'ELASTICITE ET LA TRES BONNE CORRELATION ENTRE LES OUVERTURES HYDRAULIQUES ET MECANIQUES. LA METHODE DE MESURE DE CONTRAINTE HTPF A ETE VALIDEE PAR LA TRES BONNE COHERENCE ENTRE LA CONTRAINTE NORMALE CALCULEE ET LA PRESSION DE REOUVERTURE MESUREE SUR LE PLAN DE LA FRACTURE. CERTAINES CHENALISATIONS D'ECOULEMENT D'EAU, EN PARTICULIER, LA DISTRIBUTION DISSYMETRIQUE DE PRODUCTION D'EAU, ONT ETE BIEN EXPLIQUEES PAR LA MODELISATION. LE DECALAGE ENTRE LA REPONSE DES EXTENSOMETRES ET L'ARRIVEE D'EAU A LA SURFACE NOUS A PERMIS DE PROPOSER UNE EXPLICATION POUR LES BAISSES TRANSITOIRES DE NIVEAU D'EAU OBSERVEE LORS D'INJECTION DANS UN FORAGE VOISIN. FINALEMENT, LA MODELISATION DE LA PROPAGATION DE FRACTURE NOUS A PERMIS DE CONCLURE QUE NOTRE METHODOLOGIE EST VALABLE ET QUE NOS OUTILS SONT OPERATIONNELS.
Author: JIFANG.. LIN
Author: Frédéric Davias
Author: Marjorie Bart
Author: Sylvie Gentier
Author: Iraj Rahmani
Author: 
Author: Maxime Faivre
Author: Iraj Rahmani
Author: 
Author: Li Li