• Langue : Anglais
• Discipline : Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil
• Identifiant : 2022ULILN026
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 10/11/2022

Résumé en langue originale

Le but principal de cette étude est de formuler un nouveau modèle constitutif basé sur la microstructure pour décrire le comportement mécanique complexe des roches argileuses anisotropes sous l'action du couplage hydromécanique, en considérant la déformation élastique-plastique, la déformation dépendante du temps, l'endommagement induit et la fissuration localisée. Tout d'abord, le tenseur élastique macroscopique et le critère de plasticité sont déterminés par homogénéisation en deux étapes en tenant compte des influences de la matrice argileuse isotrope transverse, des pores et des inclusions. Pour calculer les propriétés élastiques effectives des roches argileuses avec le schéma de Mori-Tanaka, une méthode numérique efficace est utilisée pour déterminer le tenseur de Hill des pores à l'intérieur de la matrice poreuse à l'échelle microscopique et le tenseur de Hill des inclusions sphériques à l'échelle mésoscopique. Ensuite, l'endommagement induit des roches est décrit par deux méthodes. Dans la première approche, l'endommagement est causé par le décollement de l'interface entre la matrice et les inclusions, et la seconde consiste à considérer la croissance des fissures au moyen de la méthode du champ de phase. Les évolutions de l'endommagement sont toutes combinées avec les propriétés élastiques-plastiques. En outre, la déformation plastique différée est également prise en compte comme le principal comportement mécanique dépendant du temps. L'effet de couplage hydromécanique est principalement réalisé en considérant l'influence de la saturation en eau sur le comportement élastique-plastique des roches argileuses.Les paramètres impliqués dans le modèle sont déterminés, et une série de simulations numériques sont effectuées pour différents tests de laboratoire, y compris des tests de décompression latérale avec une contrainte moyenne constante, des tests de compression triaxiale conventionnelle avec différentes saturations en eau, et des tests de fluage, et les résultats numériques sont comparés aux données expérimentales. Le modèle proposé est implémenté dans un code d'éléments finis. Le modèle est également appliqué à la modélisation d'un essai in-situ lié à l'excavation d'une cavité souterraine. Les champs de contrainte et de déformation, les déplacements et les dommages obtenus sont analysés.

Résumé traduit

The main purpose of this study is to formulate a new microstructure-based constitutive model to describe the complex mechanical behavior of anisotropic clayey rocks under the action of hydro-mechanical coupling, by considering elastic-plastic deformation, time-dependent deformation, induced damage and localized cracking. First, the macroscopic elastic tensor and plastic yield criterion are determined by two-step homogenization by taking into account the influences of transversely isotropic clay matrix, pores, and inclusions. To calculate the effective elastic properties of clayey rocks with the Mori-Tanaka scheme, an efficient numerical method is used to determine the Hill tensor of the pores inside the porous matrix at the microscopic scale and the Hill tensor of spherical inclusions at the mesoscopic scale. Then, the induced damage of the rocks is described by two methods. The first one is the damage caused by the interface debonding of matrix and inclusions, and the second is to consider the crack growth by means of the phase field method. The damage evolutions are all combined with elastic-plastic properties. In addition, the delayed plastic strain is also considered to be the main time-dependent mechanical behavior. The hydro-mechanical coupling effect is mainly realized by considering the influence of water saturation on the elastic-plastic behavior of clayey rocks.The parameters involved in the model are determined, and a series of numerical simulations are carried out for different laboratory tests, including lateral decompression tests with constant mean stress, conventional triaxial compression tests with different water saturation, and creep tests, and the numerical results are compared with experimental data. The proposed model is implemented in a finite element code. The model is also applied to modeling of an in-situ test related to the excavation of an underground cavity. The obtained fields of stress and strain, displacement and damage are analyzed.