Influence of deviatoric stress dependent stiffness on settlement trough width in 2D and 3D finite element modelling of tunnelling - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2016

Influence of deviatoric stress dependent stiffness on settlement trough width in 2D and 3D finite element modelling of tunnelling

Nicolas Gilleron
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 775303
  • IdRef : 201841916
Adrien Saitta
  • Fonction : Auteur

Résumé

Finite element simulations of the construction of shallow tunnels tend to provide poor predictions of the settlements induced at the surface. More precisely, the settlement trough width is generally overestimated by numerical simulations. Many parameters have an influence on the numerical results. In this paper, attention is focused on the constitutive law. Two classic methods of settlement predictions are introduced; a plane strain simulation with the load reduction method and a three dimensional model of conventional tunnelling with numerous excavation steps. After showing some particularity of stress state in soil in the case of a shallow tunnel, we develop a dedicated non-linear elastic law concentrating on the decrease of soil stiffness with increase of deviatoric stress. Indeed an increase of this stress invariant during excavation associated with a stability of the mean effective stress have been shown in the vicinity of the tunnel section especially for 3D modelling. The proposed formulation leads to an initial stiffness that does not depend on depth, which allows testing only the influence of the deviatoric stress variations, a feature which is generally renowned to have a significant influence on the settlement trough width. The influence of the differences between stress paths in the two dimensional and three dimensional simulations is precisely discussed as well as the determination of the stress relaxation factor in 2D modelling. Finally, it appears that, despite the differences in the redistribution of stresses, using a model in which stiffness decreases as the deviatoric stress increases does not make it possible to improve the prediction of settlements both in 2D or 3D.
Les simulations par éléments finis du creusement des tunnels peu profonds tendent à donner de mauvaises prédictions des tassements en surface. La largeur de la cuvette de tassement est généralement surestimée par les calculs numériques. Plusieurs paramètres peuvent avoir une influence sur les résultats : dans cette contribution, on s'intéresse à la loi de comportement. Nous présentons une loi élastique non linéaire dédiée à ce problème, avec une décroissance de la raideur du sol lorsque le déviateur des contraintes augmente. La formulation permet d'avoir une raideur initiale qui ne dépend pas de la profondeur (cette dépendance a une influence reconnue sur la largeur des cuvettes de tassements, et on cherche ici à s'en affranchir). On peut observer sur les résultats des simulations des différences nettes entre les chemins de contrainte selon que les calculs sont faits en déformation plane ou en condition tridimensionnelle. Finalement, il apparait que, malgré les différences entre les redistributions des contraintes, l'utilisation d'un modèle dans lequel la raideur décroit lorsque le déviateur augmente ne permet pas d'améliorer la prédiction des tassements, que ce soit en 2D ou en 3D.
Fichier non déposé

Dates et versions

hal-01472769 , version 1 (21-02-2017)

Identifiants

  • HAL Id : hal-01472769 , version 1

Citer

Nicolas Gilleron, Emmanuel Bourgeois, Adrien Saitta. Influence of deviatoric stress dependent stiffness on settlement trough width in 2D and 3D finite element modelling of tunnelling. NGM 2016, 17th Nordic Geotechnical Meeting, Challenges in Nordic Geotechnic, May 2016, Reykjavik, Iceland. 10p. ⟨hal-01472769⟩
43 Consultations
0 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More