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Theses Year : 2020

Modeling of time-dependent and anisotropic behavior of highly squeezing ground : Application to the Saint-Martin-la-Porte exploratory galleries of the Lyon-Turin link

Modélisation du comportement différé et anisotrope des terrains fortement tectonisés : Application aux galeries de reconnaissances de Saint-Martin-la-Porte sur la liaison Lyon-Turin

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Yichun Liu

Abstract

Operational difficulties are frequently encountered during the excavation of tunnels in squeezing ground because of large, time-dependent and often anisotropic deformation. In the context of the future Lyon-Turin link, an access gallery (SMP2) and a survey gallery (SMP4) are excavated by conventional method in Saint-Martin-la-Porte (SMP) in France. A strongly tectonized Carboniferous formation was crossed which is highly fractured and heterogeneous. Squeezing behavior was observed and led to instability of support system and tunnel face. Specific excavation and support methods were adopted with an extensive field monitoring program. During the past years, several studies have been carried out to analyze the squeezing rock behavior and the interaction between the ground and the support system in SMP2: a processing procedure of anisotropic convergence data has been proposed and an anisotropic visco-elastic-plastic constitutive model has been developed and implemented in Flac3D code.On the basis of the gained knowledge and the new available field data, developed tools for data processing and numerical simulation of SMP2 are extrapolated for longer-time scale and applied to the conditions encountered in SMP4, which is much deeper and excavated in another direction. By extending the proposed method and applying the obtained values of parameters, field data are studied for the anisotropic closure of different parts of SMP4 taking into account the stages of excavation and support installation to predict long-term convergence of the galleries. The developed anisotropic visco-elastic-plastic constitutive model in the previous studies is improved to simulate the mid-term and long-term behavior of SMP2 considering the excavation stages, the specific yielding support and the reprofiling process. Different excavation profiles of SMP4 are modeled. The constitutive parameters are identified and the ground and tunnel response is well reproduced
Des difficultés opérationnelles sont fréquemment rencontrées lors de l'excavation de tunnels dans les terrains tectonisés à cause de déformations importantes, différées et souvent anisotropes. Dans le contexte de la future liaison Lyon-Turin, une descenderie (SMP2) et une galerie de reconnaissance (SMP4) sont excavées par la méthode conventionnelle à Saint-Martin-la-Porte (SMP) en France. Une formation de Houiller très fracturée, hétérogène et fortement tectonisée a été traversée. Le comportement poussant a été observé et a conduit à une instabilité du système de soutènement et du front de taille. Des méthodes spécifiques d'excavation et d'installation de soutènement ont été adoptées avec un programme exhaustif d'auscultation. Au cours des dernières années, de nombreuses études ont été menées pour analyser le comportement poussant du terrain et l'interaction entre le terrain et le soutènement dans SMP2: une procédure de traitement des données de convergence anisotrope a été proposée et une loi de comportement visco-élastique-plastique anisotrope a été développée et implémentée dans le code Flac3D.Sur la base des connaissances acquises et des nouvelles données disponibles, les outils développés pour le traitement de données et les simulations numériques de SMP2 sont extrapolés pour une échelle de temps plus longue et appliqués aux conditions rencontrées dans SMP4, ce qui est beaucoup plus profonde et excavée dans une autre direction. En étendant la méthode proposée et en appliquant les valeurs de paramètres obtenues, les mesures de convergences anisotropes sont étudiées pour de différents tronçons de la galerie SMP4 en tenant compte des procédures de reprofilage et de mise en place du soutènement pour la prédiction de la convergence à long terme. La loi de comportement visco-élastique-plastique anisotrope développée dans les études précédentes est améliorée pour simuler le comportement à moyen et long terme de la galerie SMP2 en considérant les phases d'excavation, le soutènement semi-rigide spécifique et le processus de reprofilage. Différents profils d'excavation de SMP4 sont modélisés. Les paramètres de la loi de comportement sont identifiés et la réponse globale du terrain et du tunnel est bien reproduite
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Cite

Yichun Liu. Modeling of time-dependent and anisotropic behavior of highly squeezing ground : Application to the Saint-Martin-la-Porte exploratory galleries of the Lyon-Turin link. Géotechnique. Université Paris-Est, 2020. English. ⟨NNT : 2020PESC1028⟩. ⟨tel-03447636⟩
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