Contribution to the numerical modeling of deep excavations
Contribution à la modélisation numérique des excavations profondes
Résumé
The present research work addresses various aspects of the numerical modelling of the displacements induced by deep excavations. The first objective is to define a constitutive model allowing to obtain a good estimation of the settlement behind the retaining wall. A second objective is to contribute to the justification of retaining structures for ultimate limit states according to the format proposed by the Eurocodes.Two constitutive models based on the theory of elastoplasticity with a single mechanism are proposed: "H1 model" and "H2 model" which include respectively an isotropic hardening law and a non-linear kinematic hardening law. The formulations of the two models are presented. Their different parameters are defined from laboratory or in situ tests. The influence of each of these parameters is studied in the case of triaxial tests.Both models are implemented in the CESAR-LCPC finite element calculation code. A numerical analysis of a real excavation project taken from a benchmark prevision exercise with different constitutive models is presented. The results obtained with the H2 model do not significantly improve the results compared to the H1 model. In the following, the discussion focuses on the H1 model. Parametric studies are carried out on this excavation project to identify the parameters that have an influence on the settlement distribution calculated behind the retaining wall. Within the framework of the Grand Paris Express Project, new metro lines are being built. The excavation of the future “Créteil L'Échat” station of line 15 south is chosen as a case study in this thesis. The numerical results obtained with the H1 model are compared with measurements obtained in this station.Regarding the justification for the ultimate limit states of retaining structures, the discussion focuses on the procedure of reduction of the shear properties of soils (c-phi reduction). We seek to clarify to what extent this method can be adapted to complex constitutive models such as the H1 model
Ce travail aborde différents aspects de la modélisation numérique des mouvements de sol induits par la réalisation des excavations profondes. Le premier objectif est de définir un modèle de comportement qui inclut un mécanisme permettant de bien représenter la cuvette de tassement derrière un écran de soutènement. Le deuxième objectif est de contribuer à la justification des états limites ultimes des ouvrages de soutènement selon le format proposé par les Eurocodes.On propose deux modèles de comportement basés sur la théorie de l’élastoplasticité à un seul mécanisme : « le modèle H1 » et « le modèle H2 », qui comportent respectivement une loi d’écrouissage isotrope et une loi d’écrouissage cinématique non linéaire. Les formulations des deux modèles sont présentées. Leurs différents paramètres sont définis à partir d’essais en laboratoire ou in situ. On étudie l’influence de chacun de ces paramètres dans le cas des essais triaxiaux.Ces deux modèles sont implémentés dans le code de calcul par éléments finis CESAR-LCPC. Une analyse numérique d’un projet réel d’excavation issu d’un exercice de prévision (benchmark) avec différents modèles de comportement est présentée. Les résultats obtenus avec le modèle H2 n’améliorent pas significativement les résultats par rapport au modèle H1. Dans la suite, on concentre la discussion sur le modèle H1. Des études paramétriques sont réalisées sur ce projet d’excavation pour identifier les paramètres qui ont une influence sur la cuvette de tassement calculée. Dans le cadre du Projet Grand Paris Express, de nouvelles lignes de métro sont en cours de réalisation. La fouille de la future gare de Créteil L’Échat de la ligne 15 sud est choisie comme cas d’étude. Les résultats numériques obtenus avec le modèle H1 sont confrontés à des mesures réalisées dans cette gare.Le dernier chapitre aborde la justification aux états limites ultimes des ouvrages de soutènement. La discussion est axée sur la procédure de réduction des propriétés de cisaillement des sols (c-phi réduction). On cherche à préciser dans quelle mesure cette méthode peut être adaptée à des modèles de comportement complexes comme le modèle H1
Origine : Version validée par le jury (STAR)