Published September 15, 2011 | Version v1
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Hydro-mechanical modelling of underground excavations behaviour with an elastoviscoplastic model

Description

The long term behaviour of underground excavations is a social and economic stake, in particular in the context of storage in deep geological formation of high activity and long life nuclear waste. Several experimental galleries have been dug in the underground research laboratory (URL) of Meuse/Haute-Marne located close to Bure in France, where studies are leaded in order to understand the global behaviour of the constitutive rock which is the Callovo-Oxfordian (COx) argillite. The purpose of this PhD Thesis is to establish a modelling with Code-Aster of underground excavations, and especially of a Meuse/Haute-Marne laboratory gallery, taking into account non local approach, creep effect and hydromechanical coupling in the framework of the mechanics of porous media, and then to compare numerical results with available experimental data. The specific elastoviscoplastic model used in this study is the L and K model: it offers a coupling between instantaneous and delayed behaviour, and it takes into account the dilation, parameter which governs the volume strains of the material during a solicitation, and its strong variation, a specificity of geomaterials and so of COx argillite. The fluid flowing through the material adds a hydraulic component to the modelling, which is coupled to mechanic component thanks to Biot's equations. Another novelty of this work concerns the coupling between such complex rheological behaviour and a non-local approach in an industrial way. Among methods of regularization available in Code-Aster, the second gradient of dilation is well fitted to geomaterials. Its aim is to correct mesh dependency and numerical localized solutions. After describing numeric tools and setting parameters of the L and K model on laboratory tests, a good general agreement was found between numeric results and in situ measures, without resetting parameters. Time effects experimentally measured on displacement and pore pressure evolution are observed in the same modelling, validating the followed predictive approach. (author)

Abstract (French)

Le comportement a long terme des excavations souterraines est un enjeu social et economique majeur, en particulier dans le contexte du stockage en formation geologique profonde de dechets nucleaires a Haute Activite et Vie Longue (HAVL). Plusieurs galeries experimentales ont ete creusees dans le laboratoire de recherche souterrain de Meuse/Haute-Marne situe pres de Bure en France, ou des etudes sont menees pour comprendre le comportement global de la roche constitutive: l'argilite du Callovo-Oxfordien (COx). L'objectif de cette these est d'effectuer une modelisation avec Code-Aster d'ouvrages souterrains, et en particulier d'une des galeries du laboratoire de Meuse/Haute-Marne, en prenant en compte une approche non locale, l'effet du fluage et le couplage hydromecanique dans le cadre de la mecanique des milieux poreux, et de comparer les resultats numeriques avec les donnees experimentales disponibles. Le modele elastoviscoplastique specifiquement utilise pour cette etude est le modele L and K: il offre d'une part un couplage entre le comportement instantane et differe, et prend en compte d'autre part la dilatance, parametre qui gouverne les deformations volumiques du materiau lors d'une sollicitation, et ses fortes variations, caracteristique essentielle des geomateriaux et en particulier du COx. La presence d'un fluide s'ecoulant a travers le materiau va ajouter une composante hydraulique a la modelisation, dont le couplage avec la mecanique est assure par les equations de Biot. Une autre nouveaute de ce travail concerne le couplage entre ce comportement rheologique complexe et une approche non locale dans un cadre industriel. Parmi les methodes de regularisation disponibles dans Code-Aster, la methode second gradient de dilatation a ete choisie parce que bien adaptee aux geomateriaux. Son but est de corriger la dependance au maillage et les solutions numeriques localisees. Une fois les outils numeriques operationnels et les parametres du modele L and K cales sur des essais effectues en laboratoire sur des echantillons, un bon accord general a ete trouve entre les resultats numeriques et les mesures in situ, sans aucun recalage des parametres. Les effets du temps observes experimentalement sur l'evolution des deplacements et des pressions d'eau sont retrouves au sein d'une meme modelisation, validant ainsi la demarche predictive suivie. (auteur)

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Original title (French)
Modelisation hydromecanique du comportement des ouvrages souterrains avec un modele elastoviscoplastique

Publishing Information

Imprint Pagination
210 p.
Report number
FRNC-TH--16294

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Notes
[120 refs.]; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses