Experimental and numerical study on mechanical and hydromechanical behavior of damaged rock

Cette thèse est consacrée aux études expérimentales et numériques du comportement mécanique et poromécanique et de l’évolution de la perméabilité du grès en prenant en compte l’anisotropie du matériau. Après une analyse par la microscopie électronique à balayage (MEB) et les rayons X, les échantillons sont utilisés pour réaliser des essais de compression hydrostatique et de compression triaxiale sous différentes pressions de confinement. Les évolutions des coefficients de Biot et de la perméabilité sont mesurées respectivement et étudiées en prenant en compte le comportement mécanique. Un modèle élastoplastique couplé à l’endommagement en se basant sur l'approche discrète est proposé et appliqué aux grés secs. Les essais en compression sont simulés, l’évolution et la distribution de la variable d’endommagement et de l’écrouissage plastique sont analysées. Le modèle proposé est validé de nouveau par les simulations des essais réalisés (y compris le comportement mécanique, les coefficients de Biot et la perméabilité) sur des échantillons saturés. Une très bonne concordance est obtenue entre les prédictions et les données expérimentales. Enfin, on développe un modèle anisotropique poroplastique couplé avec l’endommagement afin de décrire les propriétés poromécaniques du grès saturé. Le modèle proposé est appliqué pour décrire le comportement du matériau dans les essais triaxiaux en condition non-drainée, et dans les essais triaxiaux en appliquant une pression interstitielle. En général, la aussi nous obtenons une bonne concordance entre modélisation et expérimentation.This thesis presents the laboratory and numerical investigations on anisotropic mechanical, poromechanical and fluid transport behavior of sandstone. After the X-ray and SEM tests, the samples were stressed under triaxial loading to study the initial and stress-induced mechanical behavior. The evolution of anisotropic Biot’s coefficients and axial permeability are also investigated and related to mechanical behavior. A plastic damage model is presented based on discrete approach. The proposed model is applied to simulate the mechanical behavior of dry sandstone under different loading conditions, the evolution and distribution of damage variable and plastic hardening variable are also discussed. Furthermore, the proposed model is applied to simulate the previous experimental results (including mechanical behavior, Biot's coefficients and permeability) of saturated sandstones. The comparisons between the numerical result and test data show a good performance of the present model. Finally, an anisotropic poroplastic damage model is developed to describe the poromechanical behavior of saturated sandstone. The comparisons between numerical simulation and experimental data is given for the triaxial compression tests under drained and undrained condition, the tests of strain response to pore pressure increment is also simulated, a good accordance is obtained