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Roméo Fernandes Recherche & Développement 1 Resultats du benchmark hydro mecanique Présentation de résultats du benchmark hydro-mécanique dans le cadre.

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1 Roméo Fernandes Recherche & Développement 1 Resultats du benchmark hydro mecanique Présentation de résultats du benchmark hydro-mécanique dans le cadre du GdR MoMas R. Fernandes C. Chavant

2 Roméo Fernandes Recherche & Développement 2 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark Hydro-Mécanique : Le Plan Présentation brève du benchmark Rappel sur la modélisation douvrages souterrains Description des modèles Présentation de quelques résultats

3 Roméo Fernandes Recherche & Développement 3 Resultats du benchmark hydro mecanique Présentation du benchmark Objectifs généraux Sur des cas où toutes les équations sont fixées Comparer des solutions obtenues par différentes équipes Utilisant plusieurs codes Avec des méthodes numériques différentes Principales caractéristiques Couplages hydro-mécanique Loi de comportement mécanique adoucissante Perméabilité variable avec endommagement

4 Roméo Fernandes Recherche & Développement 4 Resultats du benchmark hydro mecanique x y z Excavation douvrages : introduction Létat de contrainte initial du terrain et dépendent de lhistoire géologique Leur valeur est essentielle pour le comportement mécanique de lexcavation

5 Roméo Fernandes Recherche & Développement 5 Resultats du benchmark hydro mecanique Excavations : quelques solutions analytiques (1) Tunnel circulaire infiniment long dans massif infini isotrope (état de contrainte initial constant). Comportement élastique

6 Roméo Fernandes Recherche & Développement 6 Resultats du benchmark hydro mecanique Excavations : quelques solutions analytiques (2) État de contrainte à la paroi Localisation du cisaillement maximum Selon k x Importance orientation / contraintes terrain

7 Roméo Fernandes Recherche & Développement 7 Resultats du benchmark hydro mecanique Excavation : quelques solutions analytiques (3) Tunnel circulaire infiniment long dans massif infini isotrope (état de contrainte initial isotrope constant k = 1). Comportement plastique Mohr Coulomb Domaine plastique : Avec Domaine élastique :

8 Roméo Fernandes Recherche & Développement 8 Resultats du benchmark hydro mecanique Méthode de « convergence confinement » (Daprès Philippe Mestat LCPC) Résultat de calculs 3D : Application au facteur de déconfinement z y x

9 Roméo Fernandes Recherche & Développement 9 Resultats du benchmark hydro mecanique Phénoménologies du comportement non linéaire des argilites intervenant dans bench Dilatance Sous contrainte déviatorique le matériau se dégrade et son volume augmente Perméabilité/endommagement Au delà de la résistance de pic, le matériau rompt, et sa perméabilité augmente beaucoup (*10 000)

10 Roméo Fernandes Recherche & Développement 10 Resultats du benchmark hydro mecanique Un mécanisme essentiel du couplage hydro mécanique Excavation Cisaillement Contraintes initiales non isotropes porosité Dilatance Comportement mécanique argilite perméabilité Rupture Pression eau Argilite très imperméable Transfert eau Pression eauCohésion

11 Roméo Fernandes Recherche & Développement 11 Resultats du benchmark hydro mecanique Le Bench Mark Hydro Méca : les modèles(1) Équations hydrauliques Évolution porosité Équations mécaniques Couplages Hydro mécanique

12 Roméo Fernandes Recherche & Développement 12 Resultats du benchmark hydro mecanique Le Bench Mark Hydro Méca : le modèle mécanique Équations différentielles locales : Élasticité Définition dun domaine de réversibilité Écoulement plastique Contraintes totales Contraintes effectives Espace des contraintes effectives Dans le cas Drucker Prager

13 Roméo Fernandes Recherche & Développement 13 Resultats du benchmark hydro mecanique Conditions aux limites hydrauliques Conditions de DirichletNeumann Condition de suintement Dans le cas stationnaire : On obtient :

14 Roméo Fernandes Recherche & Développement 14 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : Les tests Les hypothèses Ce qui est fait : Test 1d / 2d : - plasticité parfaite / écrouissage négatif - perméabilité constante / perméabilité variable (fonction de la porosité) - avec / sans condition de suintement - milieu complètement saturé Ce qui est à faire : Test 1d / 2d : - milieu partiellement saturé Ce qui est différé : Test 2d : - modèle en formulation non locale en condition drainée et non drainée Ce qui est abandonné : Test 3d

15 Roméo Fernandes Recherche & Développement 15 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : Les tests Les géométries R1R2 R1=3m; R2=20m X2X2 R2R2 R1R1 X Y Y2 r R1=3m; X2=Y2=60m Test 1d : Cavité cylindrique non revêtue en massif infini avec un état de contrainte initial isotrope Test 2d : Cavité cylindrique non revêtue en massif infini avec un état de contrainte initial anisotrope

16 Roméo Fernandes Recherche & Développement 16 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : analyse Interprétation des résultats en fin dexcavation (court terme) Laugmentation de la déformation se traduit par une diminution de la pression deau au bord de la galerie en fin dexcavation (court terme – 17 jours)

17 Roméo Fernandes Recherche & Développement 17 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : analyse Interprétation des résultats en fin dexcavation (court terme) Laugmentation de la déformation se traduit par une diminution de la pression deau au bord de la galerie en fin dexcavation (court terme – 17 jours) La valeur critique (1.2e-2) de gamp avant rupture nest pas encore atteinte : le matériau sendommage

18 Roméo Fernandes Recherche & Développement 18 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : analyse Interprétation des résultats en phase de consolidation (long terme) Augmentation importante de la déformation déviatoire plastique cumulée au bord de la galerie : rupture du matériau sur 1,5 mètre de profondeur

19 Roméo Fernandes Recherche & Développement 19 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : analyse Interprétation des résultats en phase de consolidation (long terme) Augmentation importante de la déformation déviatoire plastique cumulée : rupture du matériau sur 1,5 mètre de profondeur Augmentation de la perméabilité sur la même profondeur

20 Roméo Fernandes Recherche & Développement 20 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : analyse Interprétation des résultats en phase de consolidation (long terme) Augmentation importante de la déformation déviatoire plastique cumulée : rupture du matériau sur 1,5mètre de profondeur Augmentation de la pression suite à des mouvements deau Augmentation de la perméabilité sur la même profondeur

21 Roméo Fernandes Recherche & Développement 21 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Influence de la discrétisation en temps Pas de différence quelle que soit létude : ni dans la phase dexcavation (17 jours), ni dans la phase de consolidation (jusquà 10 ans) Incrément de temps variant de s jusquà s pour une simulation totale de 10 ans

22 Roméo Fernandes Recherche & Développement 22 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Les modèles en plasticité parfaite Pas de différence importante des résultats des participants : ni en perméabilité constante ni en perméabilité variable

23 Roméo Fernandes Recherche & Développement 23 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Les modèles en plasticité parfaite Pas de différence importante des résultats des participants : ni en perméabilité constante ni en perméabilité variable Pas dinfluence de la discrétisation spatiale sur le long terme

24 Roméo Fernandes Recherche & Développement 24 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Les modèles à écrouissage négatif Écart relatif de 30% sur les minimums de pressions deau en phase de consolidation (10 ans) (-1.05 Mpa) /(-0.72 Mpa)

25 Roméo Fernandes Recherche & Développement 25 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Les modèles à écrouissage négatif Écart relatif de 30% sur les minimums de pressions deau en phase de consolidation (10 ans) (-1.05 Mpa) / (-0.72 Mpa) Apparition doscillations sur les courbes des déformations plastiques cumulées de cisaillement pour deux équipes

26 Roméo Fernandes Recherche & Développement 26 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Influence de la discrétisation spatiale : Les maillages Maillage M1 : taille de maille de 0.15m sur 1.5m, puis de 0.25m sur 10m Maillage M3 : taille de maille de 0.15m sur 1m, puis de 1m sur 10m

27 Roméo Fernandes Recherche & Développement 27 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Influence de la discrétisation spatiale sur le court terme Pas de différence sur les pressions deau en fin dexcavation (17 jours)

28 Roméo Fernandes Recherche & Développement 28 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Influence de la discrétisation spatiale sur le court terme Pas de différence sur les pressions deau en fin dexcavation (17 jours) Pas de différence sur les déformations déviatoires plastiques de cisaillement

29 Roméo Fernandes Recherche & Développement 29 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Influence de la discrétisation spatiale sur le court terme Pas de différence sur les pressions deau en fin dexcavation (17 jours) Pas de différence sur les déformations déviatoires plastiques de cisaillement => Pas dinfluence de la discrétisation à court terme

30 Roméo Fernandes Recherche & Développement 30 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Influence de la discrétisation spatiale sur le long terme Apparition de différences sur le palier des pressions minimales le long de louvrage pendant la phase de consolidation : Écart relatif de 35% entre les résultats obtenus avec M1 et ceux obtenus avec M3 Un raffinement plus étendu modifie les pressions deau dans la zone des pressions négatives sur le long terme (10 ans de consolidation)

31 Roméo Fernandes Recherche & Développement 31 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Influence de la discrétisation spatiale sur le long terme En rouge, isovaleurs ayant atteint le critère ultime de rupture Zones en rupture plus large sur le maillage M1 (raffiné plus loin) Visualisation des isovaleurs des déformations plastiques cumulées de cisaillement

32 Roméo Fernandes Recherche & Développement 32 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Influence de la discrétisation spatiale sur le long terme En rouge, isovaleurs des déformations des déformations déviatoires plastiques de cisaillement Zones en rupture plus large sur le maillage M1 (raffiné plus loin) Un maillage raffiné plus loin modifie les déformations déviatoires plastiques de cisaillement sur le long terme (10 ans de consolidation)

33 Roméo Fernandes Recherche & Développement 33 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Études des zones de localisation par le critère de Rice Le critère de Rice est un indicateur qui permet didentifier les zones potentielles de localisation (en rouge) et de déterminer leurs orientations Excavation Consolidation Jour 9 10 ans 2 mois Jour 17

34 Roméo Fernandes Recherche & Développement 34 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Apport du suintement : Visualisation de lévolution des flux deau Excavation Jour 7 Jour 17 En bleu, zone à flux hydraulique nul En vert, zone à pressions négatives Flux hydraulique nul à partir du 7ème jour au niveau du piédroit de la galerie Flux hydraulique nul sur lensemble de la cavité de la galerie dès le 13ème jour La zone de pression deau négative sélargit au cours de la consolidation mais les pressions augmentent (diminuent en valeur absolue)

35 Roméo Fernandes Recherche & Développement 35 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Lapport du suintement selon les participants du benchmark Léger écart au bord de la galerie en fin dexcavation (court terme)

36 Roméo Fernandes Recherche & Développement 36 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Lapport du suintement selon les participants du benchmark Léger écart en fin dexcavation (court terme) Sur le long terme la différence de pression entre les participants augmente sensiblement

37 Roméo Fernandes Recherche & Développement 37 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Lapport du suintement selon les participants du benchmark Léger écart en fin dexcavation (court terme) Sur le long terme la différence de pression entre les participants augmente sensiblement Pas dinterprétation à ce jour sur ces différences

38 Roméo Fernandes Recherche & Développement 38 Resultats du benchmark hydro mecanique Benchmark hydro-mécanique du GDR MoMas : les résultats Évolution de la perméabilité au cours de la simulation La variation de la perméabilité est très importante (de 4 ordres) au piédroit de la galerie. (17 jours) (1,5 an) (10 ans) 1 ordre2 ordres3 ordres4 ordres Couleurs des zones


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