Study of damage and fracture of argillacears rocks submihed to hydromechanical loadings.
Effets de la désaturation et de la resaturation sur l'argilite dans les ouvrages souterrains.
Résumé
Objective of this thesis is characterized by experimental approaches and digital water effects, mechanical and hydromechanical due to desaturation and resaturation argillite of the East, the future laboratory host rock underground storage of radioactive waste Bure (France). We present experimental and numerical approaches to characterize the phenomenon of water transfer in the argillite. A simple method of identification is proposed, by determining the moisture diffusivity from linearized weight measurements on samples (thin tube and thin plate) subjected to moisture levels in cycles of desaturation-resaturation. The water transfer is non-linear. To interpret this phenomenon, we establish a nonlinear numerical model taking into account physical phenomena (hydraulic conduction, vapor diffusion, phase change, etc..). We then study the evolution of physical and mechanical behavior of shale according to the humidity imposed, following a series of desaturation-resaturation successive stages. The water deformation, the propagation velocity of ultrasonic waves, the elastic properties, the fracture characteristics and phenomena deferred state dependent fluid material. The influence of desaturation and resaturation on "a scale model of a tunnel is studied. To highlight the anisotropy of the rock, it uses thick tube whose axis is parallel or perpendicular to bedding. These tubes are subjected to water loads by ventilation air humidity variable in their central hole. We use a nonlinear poroelastic model for interpreting the phenomena observed anisotropic hydro. It shows that water loading can lead to disruption of specimen that respect the directions of anisotropy of the rock, which may be interpreted by the hydromechanical model as a violation of a failure criterion in total stress traction. Finally, numerical calculations for the phenomena caused by desaturation and resaturation scale underground structures are made by numerical models calibrated from experimental results. The analytical and numerical solutions by finite element method are performed to predict the influence of desaturation and the resaturation massive mudstone in underground tunnels.
L'objectif de cette thèse est de caractériser par des approches expérimentales et numériques les effets hydrique, mécanique et hydromécanique dus à la désaturation et la resaturation de l'argilite de l'Est, roche hôte du futur laboratoire souterrain de stockage des déchets radioactifs à Bure (France). Nous présentons des approches expérimentales et numériques pour caractériser le phénomène de transfert hydrique dans l'argilite. Une méthode simple d'identification est proposée, en déterminant la diffusivité hydrique linéarisée à partir de mesures pondérales sur des échantillons (tube mince et plaque mince) soumis à des paliers d'humidité suivant un cycle de désaturation-resaturation. Le transfert hydrique est non-linéaire. Pour interpréter ce phénomène, on établit un modèle numérique non linéaire tenant compte des phénomènes physiques (la conduction hydraulique, la diffusion de vapeur, le changement de phase etc.). On étudie ensuite l'évolution du comportement physique et mécanique de la roche argileuse en fonction de l'humidité imposée, suivant un cycle de désaturation-resaturation par paliers successifs. La déformation hydrique, la vitesse de propagation des ondes ultrasoniques, les propriétés élastiques, les caractéristiques de rupture et les phénomènes différés dépendent de l'état hydrique de matériau. L'influence de la désaturation et de la resaturation sur "un modèle réduit de tunnel» est étudiée. Pour mettre en valeur l'anisotropie de la roche, on utilise des tubes épais dont l'axe est parallèle ou perpendiculaire à la stratification. Ces tubes sont soumis à des chargements hydriques par ventilation d'air à hygrométrie variable dans leur trou central. Nous utilisons un modèle poroélastique non-linéaire, pour interpréter les phénomènes hydromécaniques anisotropes observés. On montre que les chargements hydriques peuvent conduire à des ruptures de l'éprouvette qui respectent les directions d'anisotropie de la roche, et qui peuvent être interprétées par le modèle hydromécanique comme une violation d'un critère de rupture en contrainte totale de traction. Finalement, des calculs numériques pour les phénomènes engendrés par la désaturation et la resaturation à l'échelle des ouvrages souterrains sont réalisés, par des modèles numériques calibrés à partir de résultats expérimentaux. Des solutions analytiques et numériques par la méthode des éléments finis sont réalisées pour prévoir l'influence de la désaturation et de la resaturation sur le massif d'argilite dans les galeries souterraines.
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