Discrete element model of rock fall impacts on reinforced embankments

Modélisation par la méthode des éléments discrets d'impacts de blocs rocheux sur structures de protection type merlons

Jean-Patrick Plassiard (1)

1 3S - Laboratoire Sols, Solides, Structures

Reinforced embankments against rock fall impacts are empirically designed. The discrete element method is used to improve this type of constructions that suffers from failure and large deformation during an impact. Principal mechanical characteristics from the literature are used for a calibration phase with simulation of triaxial tests. After this, dynamic behaviour is calibrated by simulating boulder impacts on a layer of soil as fill. This model of soil is used to simulate impacts on an embankment. Several sizes of structures are simulated, in accordance with the variation of the kinetic energy of the rock mass impacting. A parametrical study is realized concerning the aspects of the block and the embankment. Thus the main aspects ruling the impact phase are identified. Finally, the combined variation of these parameters evaluates the capacity of the embankment to retain the block.

Les ouvrages type merlons, construits pour se prémunir contre les chutes de blocs rocheux, sont dimensionnés en pratique au moyen de méthodes empiriques. Afin d'optimiser la géométrie de ces constructions leur modélisation a été entreprise. La méthode aux éléments discrets est utilisée en raison des fortes restructurations du remblai constitutif pouvant intervenir durant un impact. A partir d'un état de l'art, les caractéristiques mécaniques du remblai sont évaluées. La calibration des paramètres quasi-statiques du matériau modèle est alors réalisée par simulations d'essais triaxiaux. Les paramètres gérant le comportement dynamique sont calibrés à leur tour par simulations d'impacts à énergies modérées. Le remblai modèle obtenu est validé par la modélisation d'essais d'impacts expérimentaux dont la gamme d'énergies correspond à celle rencontrée pour les merlons. Il est alors utilisé pour simuler des impacts sur merlons. Plusieurs tailles d'ouvrages sont étudiées, répondant chacune à des gammes d'énergies différentes. Une analyse paramétrique portant sur divers aspects du bloc et de l'ouvrage est réalisée. Elle permet de définir les variables principales gérant le phénomène d'impact. La variation couplée de ces dernières est réalisée afin d'établir leur influence sur la capacité du merlon à contenir le bloc.

Mots clés: embankments; rock fall impacts; discrete elements; calibration method

Mots clés: merlons; impacts rocheux; éléments discrets; méthode de calibration

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]

Jean-Patrick Plassiard. Modélisation par la méthode des éléments discrets d'impacts de blocs rocheux sur structures de protection type merlons. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00290402⟩