Three dimensional modelling for the long term stability analysis of underground cavities

• Main Author: Rafeh, Faten
• Other Authors: Lille 1
• Language: en
• Published: 2015
• Subjects: Joints stratifiés; 624.151 36
• Online Access: http://www.theses.fr/2015LIL10156/document

La présence de carrières souterraines abandonnées dans le nord de la France, à proximité de zones urbanisées, est à l’origine de problèmes importants touchant à la sécurité des personnes et des constructions, d’une part, et à l’élaboration de plans d’urbanisme d’autre part. Dans ce cadre, cette thèse présente une étude numérique de comportement mécanique et stabilité de carrières souterraines creusées il y a longtemps dans la craie du nord de la France. Elle a pour objectif de proposer une approche complémentaire aux observations et investigations naturalistes. Ces dernières confirment la présence de familles des joints stratifiées dans la craie du nord de la France et d’autres fractures qui se développent due à la dégradation. Ainsi, le premier objectif est de rendre compte du comportement anisotrope induit par la présence de ces joints. Un critère de rupture orienté est développé et différents mécanismes de plasticité sont considérés pour générer cet effet. Une modélisation numérique tridimensionnelle d’une excavation est mise en œuvre. Une procédure de réduction des paramètres de résistance au cisaillement est proposée pour les joints afin d’étudier leur influence sur les mécanismes de déformation et de rupture et sur la stabilité. Les effets du temps et les mécanismes de dégradation induits par différents facteurs aggravants ont aussi un rôle important. Une approche de dégradation dépendante du temps a été développée pour l’analyse des mécanismes de déformation et de rupture en fonction du temps et pour l’estimation de la stabilité à long terme. Enfin, pour l’estimation préliminaire de la stabilité des carrières, des formules empiriques et des abaques sont proposés. === The presence of unexploited underground cavities in the region of North France regarding their close proximity to urbanized areas, poses serious problems in terms of security of both people and constructions on one hand, and induces a strong constraint against the planning and urban development on the other hand. In this framework, this thesis presents a numerical study of the mechanical behaviour and the long term stability of underground cavities excavated in the chalk substratum of North France. It aims to provide a complementary understanding to geological investigations and observations carried out. This latter shows that stratified joints are present in the chalk layers as well as fractures developing due to the degradation of chalk with time. Hence, the first target is to account for the anisotropic behaviour induced due to the presence of these joints. An oriented yield criterion is developed where several mechanisms of plasticity are considered to generate this effect. A three dimensional numerical model of the excavation is executed. An approach for reducing shear strength properties of the joints is proposed to study the joints influence on the strain and failure mechanisms and on the stability state of the cavity. Degradation mechanisms induced upon time in the presence of different aggravating factors create also a critical effect. A non-homogeneous time-dependent-degradation model is developed to analyse the time-dependent deformation and failure mechanisms and to assess the long term stability of these cavities. At the end, empirical formulae and abacuses are developed for a preliminary estimation of the stability of underground cavities of North France.