Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

The determination of the flow rate in the underground excavation is a very important parameter in the design of the structures. Among all parameters that have an impact on the inflow rate to the tunnel, the hydraulic gradient is one of the most effective one that, according to Darcy’s law, controls the tunnel inflow rate. An empirical-numerical equation is proposed for the determination of the vertical hydraulic gradient in the wall of a tunnel excavated below a water table. The horizontal hydraulic gradient is not supposed to have a significant impact on the tunnel inflow rate as its value is very low. By contrast, the existing vertical hydraulic gradient is among the most effective parameters. On the other hand, in the case of an underground excavation, no equation exists for the determination of the hydraulic gradient that considers more than one parameter, i.e., the depth. Using the results of the numerical simulations, it was deduced that the depth of the tunnel, the ratio between principal hydraulic conductivities, and their relevant directions are the most effective parameters that have a significant influence on the hydraulic gradient and inflow rate to the underground tunnels. The resultant hydraulic gradients in the vicinity of the wall of the tunnel were obtained using the RS2 Rocscience software. The mathematical relationship between the input data, i.e., the depth (z), ratio between hydraulic gradients (a) and their relevant directions (α), and the result of the simulation, i.e., the hydraulic gradient (iz), have been derived by curve fitting. Finally, for each orientation of the principal hydraulic conductivity, an equation is proposed for the calculation of the hydraulic gradient.

La détermination du débit dans une excavation souterraine est un paramètre très important dans la conception des structures. Parmi tous les paramètres qui ont un impact sur le débit d'entrée dans le tunnel, le gradient hydraulique est l'un des plus influents qui, selon la loi de Darcy, contrôle le débit d'entrée du tunnel. Une équation empirico-numérique est proposée pour la détermination du gradient hydraulique vertical dans la paroi d'un tunnel creusé sous une nappe phréatique. Le gradient hydraulique horizontal n'est pas censé avoir un impact significatif sur le débit d'entrée du tunnel, car sa valeur est très faible. En revanche, le gradient hydraulique vertical existant a un impact significatif. En outre, dans le cas d'une excavation souterraine, aucune équation n'existe pour la détermination du gradient hydraulique qui prend en compte plus d'un paramètre, c'est-à-dire la profondeur. En utilisant les résultats des simulations numériques, il a été déduit que la profondeur du tunnel, le rapport entre les principales conductivités hydrauliques et leurs directions pertinentes sont les paramètres les plus efficaces qui ont une influence significative sur le gradient hydraulique et le débit d'entrée dans les tunnels souterrains. Les gradients hydrauliques résultants au voisinage de la paroi du tunnel ont été obtenus à l'aide du logiciel RS2 Rocscience. La relation mathématique entre les données d'entrée, c'est-à-dire la profondeur (z), le rapport entre les gradients hydrauliques (a) et leurs directions pertinentes (α), et le résultat de la simulation, c'est-à-dire le gradient hydraulique (iz), ont été dérivés par ajustement de courbe. Enfin, pour chaque orientation de la conductivité hydraulique principale, une équation est proposée pour le calcul du gradient hydraulique.