La stabilité à court terme et à long terme sont deux aspects importants dans l'analyse de la stabilité des pentes. L'objectif de cette étude est de proposer des modèles numériques pour simuler le comportement mécanique à court terme et à long terme de la matrice rocheuse et joints rocheux. Pour la matrice rocheuse, un modèle élasto- endommagement qui prend les deux situations, de compression et de traction en compte est utilisé. Un paramètre est introduit pour mettre l'accent sur l'influence de la pression de confinement. Et puis un modèle de fluage de la matrice rocheuse qui compte le paramètre de dommages comme une variable dépendant du temps est proposé. Les résultats des simulations montrent un exact accord avec les résultats expérimentaux. Généralement, joints rocheux sont la partie la plus fragile dans les structures rocheuses. Pour joints rocheux, l'aspérité de la surface commune est représentée par un paramètre JRC. Ce paramètre est lié à l'angle de frottement, et donc affecte la rigidité en cisaillement de joint. Dans ce travail, un modèle constitutif est employé sur la base de cette théorie présentée, et le paramètre JRC est proposé comme une variable dépendante du temps, ce qui représente la dégradation de l’aspérité avec le passage du temps. Une simulation est réalisée et vérifiée que ce modèle est capable de décrire les phénomènes de fluage. Extended finite element method (XFEM) est introduit et appliqué dans le modèle de joint de décrire exactement l'état réel des joints. Une simulation d'une structure complexe est effectuée à la fin pour vérifier la capacité de simuler de ces modèles. / Short-term and long-term stability are two important aspects in analyzing slope stability. The objective of this study is to propose the numerical models to simulate the short and long-term mechanical behaviour of rock matrix and rock joint. For rock matrix, one elasto-damage model which takes both the compressive and tensile situations into account is employed. One parameter is introduced to emphasize the influence of confining pressures. And then one creep model for rock matrix which considering the damage parameter as a time-dependent variable is proposed. The simulation results show great agreement with experimental results. Generally, rock joints are the most fragile part in rock structures. For rock joint, the asperity of joint surface is represented by a parameter JRC. This parameter is related to the friction angle, and then affects the shear stiffness of joint. In this work, a constitutive model is employed based on this theory, and then the parameter JRC is proposed to be a time-dependent variable, which represents the graduate degradation of joint asperity with time passage. One simulation is performed and verified that this model is capable to describe creep phenomena. The extended finite element (XFEM) theory is introduced and applied in the joint model to exactly describe the real condition of joint. A simulation of one complicated structure is performed at last to verify the simulating ability of these models.

Η παρούσα διατριβή διερευνά τη μηχανική συμπεριφορά των γεωλογικών σχηματισμών που αναφέρονται ως σκληρά εδάφη-μαλακοί βράχοι και αποτελούν μεταβατική ενότητα υλικών με χαρακτηριστικά αντοχών που τα κατατάσσουν ενδιάμεσα των εδαφικών και των βραχωδών υλικών. Εξετάζει δε τις εμφανίσεις τους σε περιοχές της Πελοποννήσου και ειδικότερα στους Νομούς Κορινθίας, Αχαΐας, Ηλείας και Λακωνίας. Η συγκέντρωση της Διεθνούς και της Ελληνικής βιβλιογραφίας πάνω στο θέμα αυτό αποτέλεσε την αρχική καταγραφή των ιδιοτήτων των σχηματισμών αυτών, όπως έχουν αναγνωριστεί από προηγούμενες έρευνες. Η παρούσα έρευνα διευρύνει τη διερεύνηση των υλικών αυτών στον Ελληνικό χώρο με την εξέταση των μηχανικών παραμέτρων ακολουθώντας τη μεθοδολογία της Βραχομηχανικής. Για την επίτευξη του παραπάνω στόχου αυτού έγινε κατ' αρχήν μελέτη και τροποποίηση των μεθόδων διερεύνησης με σκοπό την προσαρμογή των σχετικών διαδικασιών στην ιδιαίτερη φύση των υλικών που εξετάζονται. Έτσι προτείνεται ολοκληρωμένη διαδικασία και τεχνικές εξέτασης από την απόληψη των υλικών στο πεδίο έως την εκτέλεση δοκιμών προσδιορισμού των μηχανικών παραμέτρων. Η δειγματοληψία των σχηματισμών, επικεντρώθηκε στις λεκάνες ιζηματογένεσης του Κορινθιακού και του Πατραϊκού κόλπου, του Πύργου και της Καλαμάτας και αφορά ιζηματογενή πετρώματα Νεογενούς κυρίως ηλικίας από 28 διαφορετικά σημεία. Για τη συσχέτιση των μηχανικών χαρακτηριστικών των υλικών με τις περιοχές δειγματοληψίας, καταγράφονται και περιγράφονται συστηματικά οι θέσεις αυτές στο ευρύτερο γεωλογικό και τεχνικογεωλογικό περιβάλλον που εντάσσονται. Στη συνέχεια, ο προσδιορισμός των μηχανικών παραμέτρων πραγματοποιείται με την υλοποίηση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων από 31 δοκιμές τριαξονικής φόρτισης, ενώ η εργαστηριακή έρευνα επεκτείνεται και στον προσδιορισμό των δυναμικών παραμέτρων καθώς και των φυσικών χαρακτηριστικών. Επίσης, εξετάζεται η ορυκτολογία των υλικών αυτών με τη μέθοδο της περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ και δίνονται ημιποσοτικοί προσδιορισμοί, στοιχεία απαραίτητα για την εξέταση της επίδρασης της ορυκτολογικής σύστασης στη μηχανική συμπεριφορά. Με βάση τα αποτελέσματα της εργαστηριακής έρευνας προσδιορίζεται κατ' αρχήν το πλαίσιο της συμπεριφοράς και των χαρακτηριστικών των υλικών αυτής της κατηγορίας. Εξετάζονται επίσης οι συσχετίσεις μεταξύ των μεγεθών και καθορίζονται οι μαθηματικές σχέσεις που τις ορίζουν. Επιπλέον διερευνάται και η εφαρμογή των δύο κύριων κριτηρίων θραύσης, Mohr-Coulomb και Hoek-Brown, μέσω της αξιοπιστίας τους στην απόδοση των πραγματικών εντατικών καταστάσεων, όπως αυτές προσδιορίστηκαν εργαστηριακά. Σημειώνεται πως όλες οι παραπάνω έρευνες πραγματοποιούνται με τη θεώρηση των υλικών ως μια ομάδα αλλά και διαχωρισμένα σε δύο επιμέρους κατηγορίες με βάση τη λιθολογική φάση τους, την ψαμμιτική και τη λεπτομερέστερη. Για τον καθορισμό, τέλος, της αντιστοιχίας της συμπεριφοράς των ενδιάμεσων αυτών υλικών με καθαρά βραχώδη υλικά, γίνεται η εξέταση των συσχετίσεων των μηχανικών τους παραμέτρων, αφού πρώτα συγκεντρώθηκαν όλα τα δεδομένα. Τα αποτελέσματα της συσχέτισης αυτής επιτρέπουν τη σύγκριση της συμπεριφοράς μεταξύ βράχων και ενδιάμεσων υλικών και αναδεικνύουν τη σημασία της εξέτασης των σκληρών εδαφών-μαλακών βράχων στην κατανόηση της συμπεριφοράς του πλήρους γεωτεχνικού φάσματος. / This thesis aims to the determination of the mechanical behaviour of geological formations which are classified as hard soils-soft rocks and are considered the intermediate transition from soil to rock. Formations of this type from Peloponnesus, Greece are examined. The first boundaries of this research have been set by recording the parameters of this type of geological formations as reported by previous researchers on this subject from the International and Greek experience. In the framework of this research, the ineluctability of examining in Greece hard soil-soft rock material behaviour by determining its mechanical properties based on a rock mechanics approach has been realized. Given the specific physis of hard soils-soft rocks there has been the need to focus on the methodology of sampling and laboratory testing and assess alterations in order to adjust them to the specialties of these certain formations. A complete sequence of methods and techniques is suggested, in order to achieve examination of the mechanical behaviour of these formations, including the steps from on site sampling to laboratory testing of mechanical properties. Sampling focused on the Peloponnesus area and more specifically on Korinth, Patras, Pyrgos and Kalamata sedimentary basins and refers to soft rocks of Neogene age from 28 different sites. Recording and systematic geological and geotechnical description of these sites of investigation has been conducted and the formations examined have been classified in their corresponding environment as far as their characteristics are concerned. 31 triaxial tests have been executed in order to determine the mechanical parameters of hard soils-soft rocks as part of a widened laboratory research which included all the mechanical and dynamical properties of these formations as well as physical parameters. Moreover, XRD testing has been included in order to provide information about the sample mineralogy and semi-quantitative analyses results were used as a means of evaluating the impact of mineralogy to the mechanical behaviour. The results of laboratory testing are used for addressing their range and typical values to the corresponding material type. Relationships between the parameters are also evaluated, resulting in empirical equations for the most strongly depended. Mohr-Coulomb and Hoek-Brown failure criteria were applied and their failure envelope fits to the true laboratory data are evaluated in order to compare them in terms of the best fit. All of the above are examined by considering the data as of corresponding to one (soft) rock type and also by considering the lithological differentiation of the sandy and finer types. Finally, the interdependence of the parameters describing mechanical behaviour was examined after taking in consideration data that refer to pure rock formations in order to reveal the equivalence in mechanical behaviour of the soft rocks to pure rocks. The results provide comparison between the intrinsic characteristics of these rock types and thus project the importance of hard soil-soft rock examination into understanding the mechanical behaviour of the full geotechnical spectrum.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει σαν αντικείμενο μελέτης την αποτίμηση των φυσικών και μηχανικών παραμέτρων των μαλακών βράχων σκληρών εδαφών. Η περιοχή μελέτης τοποθετείται στο βορειοδυτικό τμήμα της Πελοποννήσου και συγκεκριμένα στο Νομό Αχαΐας. Οι ιδιαιτερότητες των φυσικών χαρακτηριστικών των σχηματισμών αυτών απαιτούν τη συστηματική τους διερεύνηση. Για το λόγο αυτό η μελέτη τους αποκτά μεγάλο ενδιαφέρον. Η εργασία περιλαμβάνει τα παρακάτω στάδια: -Περιγραφή των γεωλογικών συνθηκών σε ευρεία κλίμακα και συγκέντρωση τεκτονικών και σεισμικών στοιχείων της ευρύτερης περιοχής μελέτης. -Λεπτομερής εξέταση, διαχωρισμός και ακριβής προσδιορισμός των θέσεων δειγματοληψίας της περιοχής μελέτης. -Δειγματοληψία από τους σχηματισμούς που απαντώνται στην περιοχή και εκτέλεση εργαστηριακών δοκιμών -Προσδιορισμός των φυσικών παραμέτρων των υπό εξέταση υλικών -Στατιστική επεξεργασία των τιμών των εργαστηριακών δοκιμών με σκοπό την εξαγωγή διαφόρων συμπερασμάτων για τη μηχανική συμπεριφορά των μαλακών βράχων. / The aim of this thesis is the study of natural and mechanical parameters of soft rocks – hard soil. The region of study is placed in the north-western department of Peloponnese and concretely in the Prefecture Achaia. The particularities of natural characteristics of this shapings require their systematic investigation. For this reason their study acquires big interest. The work includes the following stages: - Description of geological conditions in wide scale and concentration of tectonic and seismic elements of the wider region of study. - Examination and precise determination of places of sampling of region of study. - Sampling from the shapings in the region and implementation of laboratorial trials - Determination of natural parameters of materials under review - Statistical analysis of prices of laboratorial trials in order to export various conclusions on the mechanic behavior of soft rocks.