Etude expérimentale et numérique de modèle réduit bidimensionnel du creusement d'un tunnel
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
He digging of a tunnel in urban area can cause damages to structures. Then it is significant to predict the displacements and the strains induced by the digging of underground works. This work is a contribution to experimental and numerical study of ground movements, related to a shallow tunnel construction in a granular medium. The deconfining and reconfining cycles due to the boring of a tunnel corresponding to real phases of realisation work. The experimental device used is a small-scale two-dimensional tunnel model. The soil consists of analog Taylor-Schneebeli material (metallic rods). The analysis of the tests is carried out by numerical imagery, which gives the complete displacement field obtained during the tests in the entire soil mass. The incidence of various parameters is analysed and presented: tunnel variation diameter, tunnel depth and tunnel weight. In order to better understand and to be able to numerically simulate the experimental tests, the behaviour qualification of the soil is realised. An experimental program is developed for simple loadings (biaxial and oedometric) on samples of metallic rods with stress levels similar to those occurring within the physical tunnel model. These tests made are used to determine the rheology of the material. The experimental part constitutes a database in order to validate a constitutive law developed during this study. The two-dimensional law combines an elastoplastic and an incremental behaviour. The last stage of this study is a confrontation of the experimental results and numerical simulations of tunnel experiments.
Abstract FR:
Le creusement d'un tunnel en zone urbanisée peut engendrer des dommages importants dans les structures et les immeubles riverains. Il est donc important de prévoir les déplacements et les déformations induites par le creusement d'ouvrages souterrains urbains dans l'ensemble du massif de sol. Ce travail de thèse constitue une contribution à l'étude expérimentale et numérique des mouvements de sol liés à la construction d'un tunnel peu profond dans un milieu pulvérulent, et notamment suivant les phases de déconfinement et de reconfinement correspondant aux différentes étapes de réalisation de l'ouvrage. Le dispositif expérimental utilisé est un modèle réduit bidimensionnel de tunnel. Le sol analogique est constitué de rouleaux métalliques de Taylor-Schneebeli. L'analyse des essais a été effectuée par imagerie numérique permettant de visualiser l'intégralité du champ de déplacements obtenue au cours des essais. L'incidence de divers paramètres est analysée et présentée : variation du diamètre du tunnel, profondeur du tunnel et poids de l'ouvrage. Afin de mieux comprendre et de pouvoir simuler numériquement les essais expérimentaux, une qualification précise du comportement du matériau constituant le sol a été réalisée. Un programme expérimental a été mis au point comportant des chargements simples (biaxial et oedométrique) sur des échantillons de rouleaux de Schneebeli à des niveaux de contraintes similaires à ceux rencontrés au sein du modèle réduit. Ces essais ont permis de déterminer la rhéologie du matériau utilisé. La partie expérimentale a permis de disposer d'une base de données afin de valider une loi de comportement développée au cours de cette étude. Du à la nature du sol utilisé, la loi est bidimensionnelle et combine à la fois un comportement élastoplastique et incrémental. La dernière étape de cette étude est une confrontation des résultats expérimentaux et des simulations numériques sur le modèle réduit du tunnel.