Contribution à l'étude de la stabilité des massifs rocheux fracturés

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<ul><li><p>HAL Id: tel-00293695https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00293695</p><p>Submitted on 7 Jul 2008</p><p>HAL is a multi-disciplinary open accessarchive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come fromteaching and research institutions in France orabroad, or from public or private research centers.</p><p>Larchive ouverte pluridisciplinaire HAL, estdestine au dpt et la diffusion de documentsscientifiques de niveau recherche, publis ou non,manant des tablissements denseignement et derecherche franais ou trangers, des laboratoirespublics ou privs.</p><p>Contribution ltude de la stabilit des massifs rocheuxfracturs : caractrisation de la fracturation in situ,</p><p>gostatistique et mcanique des milieux discretsAli Rafiee</p><p>To cite this version:Ali Rafiee. Contribution ltude de la stabilit des massifs rocheux fracturs : caractrisation de lafracturation in situ, gostatistique et mcanique des milieux discrets. Sciences de lingnieur [physics].Universit Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2008. Franais. </p><p>https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00293695https://hal.archives-ouvertes.fr</p></li><li><p> UNIVERSITE MONTPELLIER II </p><p>SCIENCES ET TECHNIQUES DU LANGUEDOC </p><p>T H E S E </p><p>pour obtenir le grade de </p><p>DOCTEUR DE L'UNIVERSITE MONTPELLIER II </p><p> Discipline: Mcanique et Gnie civil Formation doctorale : Mcanique des matriaux, et des milieux complexes </p><p> des structures et des systmes Ecole Doctorale : Informations, Structures, Systmes </p><p>par </p><p>Ali RAFIEE </p><p>le 20 Juin 2008 </p><p>Titre : </p><p>Contribution ltude de la stabilit des massifs rocheux fracturs : </p><p>caractrisation de la fracturation in situ, gostatistique </p><p>et mcanique des milieux discrets </p><p>JURY </p><p> Travaux raliss lEcole des Mines dAls - Centre des Matriaux de Grande Diffusion </p><p>Farhang Radja Directeur de Recherche Universit Montpellier II Prsident Claude Bohatier Professeur Universit Montpellier II Directeur de Thse Vronique Merrien-Soukatchoff Professeur INPL cole des Mines de Nancy Rapporteur Jean-Pierre Magnan Professeur cole Nationale des Ponts et Chausses Rapporteur Bernard Feuga Ingnieur HDR GEODERIS Examinateur Laurent Baillet Professeur Universit Joseph FOURRIER Examinateur Frdric Dubois Ingnieur, CNRS CNRS Universit Montpellier II Examinateur Marc Vinches Matre-Assistant cole des Mines dAls Co-directeur de thse </p></li><li><p>Remerciements 3 </p><p> mon pouse Parissa </p><p> mes parents </p><p> mes frres </p><p> mes surs </p><p> Je ddie affectueusement ma thse. </p><p> Remerciements En premier lieu, jaimerais remercier vivement, mon encadrant de proximit, Marc Vinches, </p><p>de mavoir accueilli au sein du Centre des Matriaux de Grand Diffusion (CMGD) de lcole </p><p>des Mines dAls. Je le remercie pour son aide en particulier lors de la rdaction de cette thse </p><p>et des publications, ainsi que pour sa confiance, et sa patience. </p><p>Je tiens exprimer mes profonds remerciements Claude Bohatier, mon directeur de thse, </p><p>pour ses prcieux conseils scientifiques, sa gnrosit et sa disponibilit. </p><p>Je tiens remercier Farhang Radja de me faire lhonneur de prsider ce jury, et galement </p><p>pour ses conseils scientifiques, son aide et sa gnrosit. </p><p>Je remercie Madame Vronique Merrien-Soukatchoff et Monsieur Jean-Pierre Magnan </p><p>davoir bien voulu me faire lhonneur daccepter dtre rapporteurs de ma thse. </p><p>Je tiens galement exprimer mon profond respect et ma vive gratitude Monsieur Bernard </p><p>Feuga et Monsieur Laurent Baillet, davoir galement accept dexaminer ce travail. </p><p>Mes remerciements sincres vont aussi Frdric Dubois qui ma beaucoup aid pendant ce </p><p>travail. Je le remercie davoir toujours rpondu avec patience mes nombreuses questions. </p></li><li><p>Remerciements 4 </p><p>Jtais accueilli au sein du CMGD de lcole des Mines dAls pour effectuer cette thse. Je </p><p>tiens remercier chaleureusement tout le personnel du CMGD et plus particulirement </p><p>Monsieur Yannick Vimont, directeur du CMGD, Pierre Adamiec, Christian Buisson, Pierre </p><p>Gaudon, Bernard Vayssade, Sylvie, Martine, Valrie. </p><p>Je remercie de tout cur mes amis pour leur soutien et leurs encouragements permanents, </p><p>pour ces moments de dtente, de loisir et de plaisir quon vole durant une thse; merci donc </p><p>Rodolphe, Nicolas Cabane, Mohammad, Adnan, Jean-Sebastien, Stphanie, Lenka, Mathilde, </p><p>Nadra, Nicolas Cinausero, Nicolas Pons, Claire, Mohammed </p><p>Je tiens exprimer mes sincres remerciements Esther pour sa gentillesse et son aide pour la </p><p>correction de publications en anglais. </p><p>Enfin, je rserve mes remerciements les plus chaleureux ma famille, ma belle famille et </p><p>Parissa, qui ont toujours su me soutenir pendant les moments de nostalgie. Parissa, je te </p><p>remercie chaleureusement pour tout le soutien et la patience que tu mas apports pendant ces </p><p>quatre annes. </p></li><li><p> Table des matires 5 </p><p>Table des matires Introduction. ........................................................................................................................... 13 1. Modlisation des systmes de fractures des massifs rocheux......................................... 19 </p><p>1.1. Concepts de base ........................................................................................................... 20 1.2. Nature des joints............................................................................................................ 21 1.3. Paramtres gomtriques............................................................................................... 21 </p><p>1.3.1. Forme de joint .................................................................................................. 22 1.3.2. Taille de joint ................................................................................................... 22 1.3.3. Orientation........................................................................................................ 23 1.3.4. Extension.......................................................................................................... 24 1.3.5. Espacement et densit ...................................................................................... 24 1.3.6. Ouverture.......................................................................................................... 25 1.3.7. Planit de joint ................................................................................................ 25 1.3.8. La persistance de discontinuit ........................................................................ 25 </p><p>1.4. Les modles de joints .................................................................................................... 31 1.4.1. Le modle orthogonal....................................................................................... 31 1.4.2. Le modle de disques de Baecher .................................................................... 32 1.4.3. Le modle de Veneziano .................................................................................. 34 1.4.4. Le modle de Dershowitz................................................................................. 37 1.4.5. Le modle de mosaque.................................................................................... 38 1.4.6. Modle gostatistique de parent-fille ............................................................... 40 </p><p>1.5. Les modles de joints dvelopps ................................................................................. 44 1.5.1. Les modles de joint en forme de disque ......................................................... 45 1.5.2. Les modles de joints polygonaux ................................................................... 55 1.5.3. Les joints polygonaux pivotants....................................................................... 68 1.5.4. Modle considrant louverture des joints ....................................................... 73 </p><p>1.6. Conclusion..................................................................................................................... 78 Rfrences ............................................................................................................................ 79 </p><p> 2. Modlisation par les mthodes aux lments discrets..................................................... 83 </p><p>2.1. Modlisation numrique par lments discrets ............................................................. 84 2.2. Les automates cellulaires .............................................................................................. 85 2.3. Lapproche newtonienne ............................................................................................... 86 </p><p>2.3.1. Lcole des corps dformables (le modle de Cundall) ......................................... 87 2.3.2. Lcole des corps indformables............................................................................ 92 2.3.3. La mthode de lanalyse limite ............................................................................ 101 </p><p>2.4. Approche ddie.......................................................................................................... 105 2.5. Approche mixte ........................................................................................................... 106 2.6. Conclusion................................................................................................................... 107 Rfrences .......................................................................................................................... 108 </p></li><li><p> Table des matires 6 </p><p> 3. Modlisation des structures en maonnerie et comparaison entre diffrentes mthodes de calcul................................................................................................................................. 113 </p><p>3.1. Introduction ................................................................................................................. 114 3.2. Modlisation des structures en maonnerie ................................................................ 116 3.3. Comparaison des rsultats exprimentaux et la modlisation..................................... 118 </p><p>3.3.1. Cisaillement des murs en maonnerie .................................................................. 119 3.3.2. Pile en maonnerie ............................................................................................... 126 </p><p>3.4. Cisaillement du mur de maonnerie en briques (ETH Zurich) ................................... 128 3.5. Modlisation des monuments historiques en maonnerie........................................... 130 </p><p>3.5.1. Modlisation sismique.......................................................................................... 131 3.5.2. Aqueduc dArles .................................................................................................. 133 </p><p> 3.5.3. Arnes de Nmes .................................................................................................. 143 3.5.4. Modlisation de la coupole de Junas.................................................................... 148 3.6. Conclusion................................................................................................................... 153 Rfrences .......................................................................................................................... 155 </p><p> 4. Etude de la stabilit des pentes rocheuses ...................................................................... 159 </p><p>4.1. Introduction : ............................................................................................................... 160 4.2. Les critres de rupture ................................................................................................. 161 4.3. La carrire de Sourade ............................................................................................... 165 </p><p>4.3.1. Contexte ............................................................................................................... 165 4.3.2. Analyse de la stabilit de la carrire de Sourade................................................. 169 </p><p>4.4. Dviation dAx-les-Thermes....................................................................................... 185 4.4.1. Contexte ............................................................................................................... 185 4.4.2. Analyse de la stabilit du talus amont de la dviation dAx-les-Thermes ........... 186 </p><p>4.5. Talus rocheux du Pallat ............................................................................................... 198 4.6. Conclusion :................................................................................................................. 207 Rfrences .......................................................................................................................... 208 </p><p> 5. Travaux exploratoires en tunnels et perspectives ......................................................... 211 </p><p>5.1. Tunnel de St Bat ........................................................................................................ 212 5.2. Boulonnage et renforcement des tunnels : .................................................................. 225 5.3. Ecran de filets pare-pierres.......................................................................................... 229 5.4. Modlisation des talus rocheux sous sollicitation sismique........................................ 230 5.5. Conclusion................................................................................................................... 234 Rfrences .......................................................................................................................... 235 </p><p> Conclusion gnrale. ............................................................................................................ 237 Annexe A. Regroupement des familles de discontinuits ................................................. 241 </p><p>A.1. Introduction ................................................................................................................ 241 </p></li><li><p> Table des matires...</p></li></ul>