Apport de la simulation numérique dans des problèmes … · phénomènes sur la stabilité des pentes Cette source d’information a cependant un prix, il est nécessaire de définir:

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Apport de la simulation numérique dansdes problèmes de stabilité de pente

Collin F., Charlier R., Dizier A., Masekanya J.P., Sch roeder Ch.University of Liège – ArGEnCo Department

GéoSciences – Session Géorisques


Plan:

Introduction

Influence de l’état de contrainte et de la succion

Stabilité d’une paroi rocheuse

Conclusions


Introduction

Bierset (Belgium) 1998 – Courtesy C. Schroeder

Human-made slope along E42 exit road


Introduction

Méthodes classiques de mécanique des sols

Notion de coefficient de sécurité

Prise en compte de l’eau

Effets de saturation partielle

RF

S

MS

M=

Extension éventuelle


Introduction

Méthodes classiques de mécanique des sols

Hypothèse sur la ligne de rupture

Modèle rigide plastique

Critère de rupture de Mohr-Coulomb

Pas de prise en compte de l’état de contrainte initial


Introduction

Méthode des éléments finis en stabilité des pentes

Pas d’hypothèses sur la ligne de rupture

Prise en compte de la déformabilité

Différents modèles de comportement

Prise en compte de l’état de contrainte initial


Introduction

Méthode des éléments finis en stabilité des pentes

Pas de notion directe de coefficient de sécurité

Prise en compte de l’eau

Effets de saturation partielle

Méthode de phi-c réduction : pp et réduction

n

Fc

cc

S=

n

FS φ

φφ =


Introduction

Norme des vitesses

Déformation déviatoriqueéquivalente cumulée

Incrément de la déformationdéviatorique équivalente


Outline:

Introduction



Conclusions


Influence de l’état de contrainte initial

10 m

70°



Influence de l’état de contrainte dans un talus sur sa stabilité d’un point de vue purement mécanique (Dizier A.)

Talus déjà en place Remblai Déblai



Coupe 2



Analyse à la rupture : Critère de Mohr-Coulomb

Méthode réduction pour déterminer coefficient de sécurité F

Talus déjà en place

F = 1,732

Remblai

F = 1,744

Déblai

F = 1,744

φ−c

- profil de rupture identique : pieds de talus

- coefficient de sécurité identique


Influence de la saturation partielle



Etude de talus en condition de saturation partielle

Besoin de connaître le comportement des sols non-saturés

Aspect hydrique (Courbe de rétention, perm. Relative)

Aspect mécanique

Campagne expérimentale sur des limons



Essais oedométriques à succion contrôlée (Méthode osmotique)

Limon d’Hesbaye



Essais triaxiaux saturés et non saturés

Limon d’Hesbaye

600400

200

-50

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10 12 14

600

400

200

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 2 4 6 8 10 12 14

∆u (kPa) q

εaxial(%)



Essais oedométriques à succion contrôlée (Méthode osmotique)

Essais triaxiaux à succion contrôlée (Méthode de surpression d’air)

Augmentation de la contrainte de préconsolidation apparente

Augmentation de la raideur plastique

Augmentation de la cohésion apparente



Variation linéaire (2)

Evolution de la cohésion apparente - Nouveaux essai s du CSTC

ca = 0,5974.s

ca = 0,4175.s

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Succion (kPa)

Coh

ésio

n ap

pare

nte

(kP

a)

Profondeur < 2,25 m

Profondeur > 2,25 m

Linéaire (Profondeur < 2,25 m)

Linéaire (Profondeur > 2,25 m)

Interprétation des essais en terme de cohésion apparente



• Connaissant le profil hydrique pw = pw(x,z) et l’état de saturation de la fouille au temps t

établir en tout point du massif le profil ca(x,z) ou σ’(x,z)étudier la stabilité du talus par application de la méthode c-ϕréduction.

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

1/06/04 11/06/04 21/06/04 1/07/04 11/07/04 21/07/04 31/07/04

Temps (jours)

Plu

ie -

infil

trat

ion

(mm

)

PluieOudin : modèle simplifiéPenmanPenman-MonteithCSTCMoyenne



0

2

4

6

8

10

12

14

0 20 40 60 80 100

Succion (kPa)

z (m

)

Etat de succion initial (ULg)

Mesure (1/06/04)

Modèle ULB 1 (s-idéls-pF2,5)

Modèle ULB 2 (s-idéls-pF2,7)

Profil initial de succion : ULB -ULg



Cohésion apparente

Avec I/EP sur paroi verticale Etat initial Avant pluie Rupture in situ

Evolution linéaire (1) 1,48 / 2m 1,98 / 2,3m 1,327 / 1,5m

Evolution logarithmique 1,6 / 2,2m 1,653 / 1,8m 1,521 / 2,1m 'c = 8 kPa et

'φ = 29°

Evolution linéaire (2) 1,735 / 2,3m 2,574 / 2,6m 1,332 / 1,5m

Evolution linéaire (1) 1,415 / 2,1m 2,327 / 2,7 m <1

Evolution logarithmique 1,637 / 2m 1,699 /2,1m 1,476 / 2m 'c = 1 kPa et

'φ = 32,2°

Evolution linéaire (2) 1,327 / 1,5m 2,011 / 2,7 m <1


Outline:

Introduction



Conclusions



Carrière Walch – Schou

• en rive gauche de la Sûre• en bordure de la RN 27• exploite les quartzites (et schistes et grès) de l’Emsien inférieur

Eboulements

• en 1977

• en 1997 : estimation à +/- 5000 m3 . Origine vraisemblable : suppression de la dalle de quartzite présente à la surface du versant, entraînant le glissement du colluvium situé à l'arrière de la dalle.

• évolution continue depuis 1997• adoucissement du profil• comblement du pied de talus contre la risberme• trajectoire de gros blocs jusqu’à la Sûre• éboulement à la partie ouest• la dalle de quartzite dans les parties centrale et ouest,

est actuellement dans un état de stabilité précaire.


Plane strain/Plane stress problem



Objectif

Quantifier les possibilités d'éboulement après la suppression de la dalle, afin de permettre d’évaluer l’aléa et le risque et d’envisager des remédiations.

Etudes

• campagne de reconnaissances complémentaires :• forage destructif• tomographie sismique : préciser la structure et l'état de compacitéde la roche située à l'arrière de la dalle de quartzite• lever topographique

• modélisation du massif• étude de la stabilité du massif • quantification des volumes rocheux susceptibles de s'ébouler

suite à la suppression de la dalle de quartzite



Répartition en 3 catégories en fonction des vitesses des ondes de compression

• V < 1000 m/s : colluviumroche très altérée, ameublie

• 1000 < V < 2000 m/s : bed-rockaltéré et fracturé

• 2000 < V : bed-rock moyennement compact

Sud Nord

Note : La résolution de la méthode et la disposition des raisne permettent pas de mettre en évidence la dalle dequartzite



Modélisation

4 matériaux

• propriétés déterminées sur base de• observations de terrain• données existantes• paramètres de RocLab

• c et phi définis via le critère de Hoek & Brown (et RocLab)

matériauc phi gamma

kPa ° kN/m3

1 bedrock sain 10000 60 25

2 bedrock altéré 320 36 25

3 colluvium 10 30 23

4 quartzite 1800 58 27

5 terrain remanié 50 10 25

6 diaclase dans quartzite 380 31 n.a.



Calculs effectués:

Caractéristiques du colluvium sont si faibles qu’il n’est pas possible de les diminuer.

Tous les calculs ont été réalisés avec une dalle de quartzite sans diaclase.

Cas 1_3: Réduction de la résistance uniquement dans le bedrock altéré et la dalle dequartzite.

Cas 1_2: Réduction de la résistance uniquement dans la dalle de quartzite.

Etude de la rupture globale d’ensemble (CG3)

Etude de la rupture dans le colluvium (CG2)



Cas 1_3: réduction dans bed rock altéré et quartzite

Norme des vitesses de déplacements



Cas 1_3: réduction dans bed rock altéré et quartzite

Déformation de cisaillement



Cas 1_2: réduction dans quartzite

Norme des vitesses de déplacements



Cas 1_2 : réduction dans quartzite

Déformation de cisaillement



2.271.982.282.30CG3dalle quartzite

5.213.063.754.35CG2Cas avec

El. FinisJanbu 1ère it.BishopFellenius

Coefficient de sécurité

Très bonne concordance entre les deux approches

Lignes de rupture très proches

Coefficient de sécurité du même ordre de grandeur


Outline:

Introduction



Conclusions


Conclusions

Les modélisations par éléments finis permettent d’étudier l’effet de nombreux phénomènes sur la stabilité des pentes

Cette source d’information a cependant un prix, il est nécessaire de définir:

La loi de comportement mécanique (étendue au non saturé)

Les propriétés hydrauliques

Mais avant tout cela, il est nécessaire de définir la géométrie du problème, la nature des différentes couches et les conditions hydriques initiales:

Cette tâche demande des interactions entre différents intervenants (géologue, ingénieur, géographe) !


Conclusions

Pour plus d’informations sur la problématique de stabilité des parois rocheuses:

1 octobre 2010 au GDL

Journée d’étude de la SBGIMR: Stabilité de parois rocheuses

Documents

Apport de la simulation numérique dans des problèmes … · phénomènes sur la stabilité des pentes Cette source d’information a cependant un prix, il est nécessaire de définir: