Contribution à la résolution de problèmes élastoplastiques de mécanique des sols et d'écoulements non saturés par la méthode des élements finis

Contribution to solving elastoplastics problems of soil mechanics and unsaturated runoffs by the finite elements method

Bonelli, S.

Type de document
Thèse
Langue
Français
Affiliation de l'auteur
CEMAGREF AIX EN PROVENCE HIAX
Année
1993
Résumé / Abstract
Cette étude s'est déroulée au sein de l'équipe Modèles Numériques de l'Institut Méditerranéen de Technologie. Elle s'inscrit dans la motivation actuelle de la communauté scientifique, dont le CEMAGREF, à pouvoir bien simuler un ouvrage de type barrage en terre. Le choix d'un bon modèle de sol (difficulté majeure) n'est pas discuté dans ce travail. L'effort est essentiellement porté sur les outils numériques permettant de dégager plus de temps sur la pré- ou post-étude (le vrai problème d'ingénierie), en réalisant des simulations fortement non linéaires avec un confort appréciable et une précision satisfaisante. L'écriture des lois de bilan d'un milieu poreux déformable polyphasique permet de lister les hypothèses sous jacentes des modèles usuels, d'introduire les outils de travail heuristiques (principe de Terzaghi, loi de Darcy), et de mettre en évidence les lacunes actuelles de compréhension, de modélisation et d'identification. On tente une approche unifiée des outils classiques utilisés en élastoplaticité pour décrire le comportement mécanique des sols saturés parfaitement drainés. Le modèle CJS (Cambou-Jafari-Sidoroff) pour les sols non cohérents est exposé. L'étude formelle des lois élastoplastiques multimécanismes non standard est réalisée : après une rapide analyse de l'existence et de l'unicité en vitesse de variables internes pour une vitesse de déformation donnée, on met le problème sous la forme connue d'une équation différentielle ordinaire ou algébrique. La résolution numérique de problème aux limites de type élastoplastique ou écoulement non saturé est exposée ; elle est mise oeuvre dans le code aux éléments finis SIG2, développé à l'Université de Technologie de Compiègne. On propose plusieurs méthodes originales, que l'on compare à d'autre codes de calcul, à des résultats expérimentaux ou à des relevés in situ.
The Digital Models team of the Mediterranean Institute of Technology did this study. It is an example of what the scientific community, the Cemagref included, whishes to achieve, that is, to be able to simulate well a type of earth dam. The choice of a good soil model (a major difficulty) is not discussed here. Emphasis is placed on the digital tools used to save time on the pre- and post- study (the real ingineering problem) by making non-linear simulations with noticeable comfort and satisfying precision. The writing of the balance laws of a polyphasic, plastic, porous environment permits the listing of the underlying hypotheses of the usual models, the introduction of heuristic work tools (Terzaghi principle, Darcy law) and the demonstration of weaknesses in the understanding, modelling and identification. An attempt is made to use a unified approach of classical tools used in elastoplasticity to describe the mechanical behavior of perfectly drained saturated soils. The CJS model (Cambou-Jafari-Sidoroff) for non-coherent soils is exposed. The formal study of non-standard multimechanisms, elastoplastic laws is made: after a rapid analysis of the existence and the speed unicity of internal variables for a given distorsion speed, the problem is rewritten as an ordinary or algebraic differential equation. The numerical solution of problems of elastoplastic limits or unsaturated runoff is found; it is applied in the GIS2 finite element code developed at the University of Technology of Compiègne. Several original methods are suggested and compared with other calculated codes, experimental results or in situ measurements.
Diplôme
Doctorat Mécanique mécanique des solides, Université Aix-Marseille II

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