Les tunnels ancres, excaves à faible profondeur dans un terrain de caracteristiques mediocres, ont ete etudies simultanement à l'aide d'un modèle physique et de deux modèles mathematiques. La longueur des ancrages, leur nombre, leur disposition, la couverture du tunnel ainsi que d'autres paramètres ont ete varies lors d'une serie de 14 essais, realises avec un appareil à frottement de base reglable de conception nouvelle. Les cas de deux essais ont egalement ete traites à l'aide de deux programmes d'elements finis.
Der Fall seichtliegender verankerter Tunnel in Gebirge geringer Festigkeit wurde vergleichend mittels eines physikalischen und zweier mathematischer Modelle untersucht. Es wird eine Reihe von 14 Modellversuchen in einem neu entwikkelten Base-Friction-Gerat mit regelbarer Reibung beschrieben, wobei Lange, Zahl und Anordnung der Anker, die Ueberlagerungshöhe und andere Parameter variiert wurden. Zwei dieser Versuche wurden ausserdem mittels zweier FEM-Programme nachgerechnet; die Ergebnisse der physikalischen und rechnerischen Untersuchungen werden verglichen.
Anchored tunnels in poor rock with small, overburden were studied comparatively by means of a physical and two mathematical models. In a series of 14 model tests which were performed on a Base-Friction-Machine of a new conception with controlable shear, the length, number and density of the bolts as well as the overburden and other parameters were varied. Two of these cases were also treated by two FEM programmes.
Lors de l'execution, en souterrain, de tunnels urbains, la profondeur minimale necessaire pour garantir la securite de la cavite et celle des constructions voisines a souvent une influence determinante sur le cout de 1'ouvrage. Cette profondeur minimale depend non seulement des caracteristiques du terrain et de la section du tunnel, mais aussi, dans une large mesure, de la methode d'execution (excavation, soutènement) adoptee. L'etude dont les premiers resultats sont presentes dans cette communication tend à mieux comprendre le processus de rupture des tunnels à faible profondeur et essaie de definir l'influence de differents paramètres dans le cas du soutènement par ancrages passifs.
Cette etude est menee simultanement à l'aide - de l'auscultation d'un tunnel en construction, - d'un modèle tridimensionnel à l'echelle 1/20 qui permet de prendre en consideration l'effet du front de taille. - d'un modèle bidimensionnel à l'echelle 1/100 utilisant le principe du frottement de base, - de deux programmes d'ordinateur appliquant la methode des elements finis. Le present article traite du modele bidimensionnel et des programmes d'elements finis. Les deux autres moyens d'investigation feront l'objet de communications ulterieures.
En vue d'etudier, sur modèle reduit, le comportement de massifs rocheux près de la surface (p. ex. tunnels à faible profondeur, versants, excavations), 'il a ete conçu un appareil (Fig. 1, Photo 1) base sur le principe du frottement de base [Hoek, 1971; Goodmann, 1976; Spang, 1976]. Ce principe bien connu a ete complete par la possibilite d'appliquer une pression d'air sur la surface superieure du modèle, d'augmenter ainsi le frottement qui simule la pesanteur et, par consequent, le poids fictif du modèle. L'echelle geometrique du modèle Λ etant imposee par les dimensions de l'appareil et la nature du problème, la determination judicieuse de la pression d'air permet de choisir librement le matöriau du modèle et, par consequent, le rapport Σ entre les contraintes (resistances, modules de deformation,...) du prototype et du modèle. En particulier, il devient possible d'utiliser le materiau naturel pour realiser le modèle (Σ = 1) tout en respectant les lois de similitude.
A l'etat actuel, l'equipement de mesure des contraintes se limite à des capteurs de pression (16 cellules Glötzl) disposes jointivement à la base et sur un côte du cadre; ils permettent de connaître l'etat de contraintes aux limites du modèle. Le cadre rigide est retenu par deux anneaux dynamometriques qui indiquent la somme des forces "verticales" appliquees au modèle. Le champ des deplacements est determine à l'aide de repères (~ 80) places sur le modèle. Une chambre terrestre WILD P31 prend des photos des differents etats du modèle, puis, apres depouillement des photos à l'aide d'un coordinatographe, un programme d'ordinateur traite ces informations et donne les deplacements sous forme numerique et graphique.
Pour les essais dont il est question dans cet article, le modèle est realise directement dans le cadre rigide par compactage à l'air comprime, en deux couches, d'un materiau pulverulent dont la composition est donnee plus loin. Puis, un reseau de repères est implante sur le modèle qui est alors photographie à l'etat initial. Ensuite, dans une première phase de frottement, le modèle est consolide sous son "poids propre" jusqu'à la stabilisation des tassements; pendant la consolidation, les pressions de contact aux limites du modèle sont mesurees par les capteurs de pression et enregistrees.
