Time-dependent behaviour of Tournemire argillites (France)

ABSTRACT: This paper contributes to the study of underground structures in argillaceous media, especially Tournemire argillites (Aveyron, France). The basic results obtained over six years in two experimental drifts at the Tournemire site are presented. In situ measurements cover drift wall temperature, humidity and convergence. Delayed convergence represents around 50-65% of the total measured convergence. Analysis of the measurements has shown that delayed convergence is explained by the viscoplastic behaviour of the argillaceous formations. Lemaitre’s rheological model has been extended to the orthotropic case, as Tournemire argillite is naturally anisotropic. The triaxial creep test results on samples at different orientations enabled the parameters of the Tournemire argillite to be identified in terms of orthotropic viscoplastic law. A plane deformation model, using this rheological law and the initial stress field in the site, was developed to interpret the convergence measurements in the drifts. The computed results match the measurements well, especially during the excavation phase. KEY WORDS: Argillite, convergence, time-dependent behaviour, creep, viscoplasticity, modelling. ZUSAMMENFASSUNG: Der vorliegende Artikel ist ein Beitrag zur Untersuchung der unterirdischen Strukturen tonhaltiger Milieus, insbesondere der Tongesteine von Tournemire (Aveyron, Frankreich). Die wichtigsten Ergebnisse, die in zwei Forschungsstrecken am Standort Tournemine über einen Beobachtungszeitraum von sechs Jahren zusammengetragen wurden, werden hier vorgestellt. Gemessen wurden in situ Temperatur, Feuchtigkeit und Streckenkonvergenz. Von der insgesamt gemessenen Konvergenz sind etwa 50 bis 65 % auf zeitlich verzögerte Konvergenz zurückzuführen. Die Auswertung aller Messungen hat ergeben, dass die zeitverzögerte Konvergenz mit dem viskos-plastischen Verhalten des Tonsteinmassivs zu erklären ist. Aufgrund der naturgemäßen Anisotropie des Tongesteins von Tournemine wurde das rheologische Modell von Lemaitre auf den orthotropen Fall ausgedehnt. Triaxiale Kriechversuche bei jeweils unterschiedlicher Ausrichtung dienten der Ermittlung der einzelnen Parameter des orthotropen, viskos-plastischen Gesetzes. Zur Auswertung der Konvergenzmessungen innerhalb der beiden Strecken wurde unter Beachtung dieses rheologischen Modells sowie des ursprünglichen Spannungszustands vor Ort ein flächiges Deformationsmodell entwickelt. Die Rechenergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Messungen, insbesondere während der Vortriebsphase. SCHLÜSSELWÖRTER: Tongestein, Konvergenz, zeitlich verzögertes Verhalten, Kriechen, Viskoplastizität, Modellbildung. RESUME : Cet article est une contribution à l’étude des structures souterraines dans les milieux argileux, notamment les argilites de Tournemire (Aveyron, France). Les principaux résultats obtenus pendant six années, dans deux galeries d’expérimentation au site de Tournemire, sont présentés. Ces mesures portent sur la température, l’humidité et la convergence des parements des galeries. La convergence différée représente environ 50 à 65% de la convergence totale mesurée. L’analyse de l’ensemble des mesures a montré que la convergence différée est interprétée par le comportement viscoplastique du massif argileux. Etant donné que l’argilite de Tournemire est naturellement anisotrope, le modèle rhéologique de Lemaitre a été étendu au cas orthotrope. Les résultats des essais de fluage triaxial, sur des échantillons à différentes orientations, ont permis de déterminer les paramètres de la loi viscoplastique orthotrope. Un modèle en déformation plane, utilisant cette loi rhéologique et l’état de contrainte initiale dans le site, a été développé en vue d’interpréter les mesures de convergence dans les galeries. Les résultats des calculs sont en bon accord avec les mesures et plus particulièrement durant la phase de creusement. MOTS-CLEFS : argilite, convergence, comportement différé, fluage, viscoplasticité, modélisation.