Rock masses stability : a mechanical approach

Stabilité des massifs rocheux : une approche mécanique

Jérôme Duriez (1)

1 3S - Laboratoire Sols, Solides, Structures

In order to protect societies against rockfalls, one mean consists in predicting those efficiently. Because rock joints play a great role in such phenomena, describing as good as possible their mechanical behaviour, especially their rupture, is therefore required. Thus, a new constitutive relation of rock joint, incrementally non linear, is presented, with the “second order work criterion”, used to detect conditions trigerring rockfalls. The definition of the relation relies on a numerical model of rock joint, based on the Discrete Element Method, via the code Yade. Once the behaviour of rock joint is investigated thanks to this numerical model (with some experimental comparisons), the relation is defined then validated. It is also studied in the second order work criterion framework. The existence of “unstable (loading) directions” is shown ; these directions can lead to failure before Mohr-Coulomb criterion. They depend especially on the existing couplings between the normal and tangential directions of the rock joint. An existing cliff is finally studied : the “Gorges de Valabres”, located in south of France. It is simulated with a discrete numerical model, which uses the new rock joint constitutive relation and is considered through the second order work criterion. Hence, it is observed that simulated loading corresponds to unstable directions for some rock joints.

Résumé La prédiction efficace des éboulements rocheux constitue un des moyens pour se prémunirvis-à-vis du risque naturel représenté par les chutes de blocs. Les joints rocheux jouant un rôle décisif dans le déclenchement de ces éboulements, il faut décrire du mieux possible le comportement mécanique de ceux-ci, et en particulier leur rupture. Une nouvelle loi de comportement de joint rocheux, incrémentalement non linéaire, est ainsi proposée, parallèlement à l'utilisation du critère du “travail du second ordre” pour détecter les conditions impliquant un éboulement. La définition de la loi se base sur un modèle numérique de joint rocheux, utilisant la méthode aux Éléments Discrets via le code Yade. Une fois le comportement des joints rocheux investigué grâce à ce modèle numérique (en lien avec des résultats expérimentaux), et la loi définie puis validée, cette-dernière est étudiée vis-à-vis de ce critère du travail du second ordre. L'existence de “directions instables” de sollicitation, susceptibles d'entraîner la rupture du joint rocheux avant le critère de Mohr-Coulomb, est ainsi mise en évidence. Ces directions instables dépendent tout particulièrement des couplages entre les directions normale et tangentielle du joint rocheux. Une falaise existante est enfin analysée : les “Gorges de Valabres”, situées dans les Alpes-Maritimes. L'analyse est effectuée en utilisant la nouvelle loi de comportement, et le critère du travail du second ordre, dans le cadre d'un modèle numérique discret de la falaise. On observe alors que des sollicitations du chargement simulé correspondent pour certains joints à des directions instables.

Mots clés: rock joints; rockfalls; discrete elements; second order work criterion; interface constitutive relation; rock masses

Mots clés: Rupture; joints rocheux; éboulements rocheux; éléments discrets; Yade; travail du second ordre; loi de comportement; falaises rocheuses; loi d'interface.

Domaines: Autre

Jérôme Duriez. Stabilité des massifs rocheux : une approche mécanique. Autre. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00462072⟩