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Prédiction du comportement de barrage en enrochement de grande taille à l’aide
d’une modélisation tridimensionnelle
Prediction of the behavior of very high CFRD using a 3D modelling
Chen Y., Fry J.-J., Laigle F.
EDF-CIH, Le Bourget-du-Lac, France
Vincens E., Froiio F.
Université de Lyon, LTDS, UMR CNRS 5513, École Centrale de Lyon, Lyon, France
RÉSUMÉ : Cet article montre comment une modélisation 3D permet de prévoir et de s’affranchir des pathologies observées sur les
très grands barrages en enrochement. Ainsi, pour retrouver les pathologies du masque en béton observées sur un grand barrage, il faut
utiliser un modèle tridimensionnel et considérer l’effet de la vallée, le zonage du corps du barrage, la séquence de construction, les
interfaces entre la fondation et le remblai, la plinthe et le masque et celle entre le remblai et le masque et enfin une loi de
comportement prenant en compte la forte non linéarité de la compressibilité et de la résistance avec la contrainte. La loi utilisée,
L&K-Enroch, a été développée au sein d’EDF-CIH pour prendre en compte l’irréversibilité des déformations des enrochements bien
compactés ou peu compactés sous charges déviatoires et isotropes pour les enrochements. La modélisation de la construction et de la
mise en eau d’un barrage réel est prise comme exemple. Les résultats de la simulation expliquent, d’une manière plus convaincante,
les pathologies des fissures sur le masque des grands CFRD.
ABSTRACT: This paper points out the key factors for detecting defects and avoiding them in the design of very high CFRD, based on
a 3D modelling. In order to fit the observed cracks on the concrete slab on a high CFRD, a 3D modelling is required, taking into
account the valley effect, the zoning of the dam body, the sequence of construction, as well as the interface between the foundation
and the embankment, the interface between the plinth and the face slab, and that between the embankment and the face slab and
finally a constitutive model able to catch the strong non linearity of compressibility and strength versus the state of stress. The
constitutive model developed by EDF-CIH, known as L&K-Enroch, is an elastoplastic model that takes into account irreversible
deformations of poorly or highly compacted rockfill under deviatoric and isotropic loading of rockfill. The 3D modelling of an
existing CFRD is introduced in this paper as an example. The results of this modelling explain, in a rather convincing way, the
pathology of cracks on the slab face of high CFRD.
MOTS-CLÉS : Grand barrage, CFRD, enrochement, modélisation, fissures, analyse numérique, loi de comportement
KEYWORDS: Large dam, CFRD, rockfill, modelling, cracks, numerical analysis, constitutive model
1 INTRODUCTION
Le barrage en enrochement à masque amont (CFRD) est en
plein développement, car il a une grande stabilité et sa
résistance remarquable au séisme. Le plus grand CFRD atteint
233 m à Shuibuya en Chine. Cependant, des fissures sur le
masque amont en béton ont été souvent observées sur un grand
nombre de très grands CFRD (Tianshengqiao-1, Aguamilpa,
Campos Novos, Barra Grande, Mohale) attirant l'attention sur
les limites de la conception traditionnelle basées principalement
sur l'expérience et le jugement d’ingénierie.
Pour éviter de tels déboires, les experts disposent de la
modélisation numérique pour mieux comprendre les pathologies
observées sur ces ouvrages récemment construits,
principalement des fissures, préciser ou compléter les solutions
pour éviter ces désordres.
2 LOI DE COMPORTEMENT L&K-ENROCH
Afin de modéliser le comportement mécanique des très grands
barrages en enrochement, une loi de comportement décrivant les
déformations déviatoires et isotropes sous fortes contraintes
adaptée est indispensable. Dans ce contexte, la loi de
comportement L&K-Enroch a été développée au sein d’EDF-
CIH (Laigle 2004, Silvestre 2007), afin d’améliorer la
pertinence de la modélisation numérique des barrages en
enrochement. Le modèle L&K-Enroch est une loi de
comportement dérivée du modèle L&K, développé pour la
modélisation des massifs rocheux. La plupart des concepts ont
été conservés mais l’extrapolation de certaines notions aux
enrochements en fait un modèle « dérivé ».
Selon la logique adoptée pour le développement du modèle
L&K, la résistance de l’enrochement est uniquement régie par
une composante de frottement et une composante de dilatance.
D’un point de vue physique, l’hypothèse est faite que le corps
d’un barrage en enrochement est assimilé, à moindre échelle et
par homogénéisation, à un massif rocheux sans cohésion. Cette
hypothèse justifie l’application du modèle L&K aux
enrochements moyennant certaines adaptations. D’un point de
vue rhéologique, le modèle L&K-Enroch est un modèle
élastoplastique à écrouissage isotrope avec un mécanisme
isotrope et un mécanisme déviatoire. La loi de comportement
L&K-Enroch peut reproduire le comportement mécanique
principal des enrochements comme observé au laboratoire :
- Un comportement non-linéaire et ductile sous chargement
déviatoire. La partie réversible est très réduite, et la
résistance au cisaillement est atteinte pour une déformation
de cisaillement relativement élevée.
