Les lignes à grande vitesse sont considérées comme une source importante de perturbations environnementales qui sont de moins en moins tolérées par les habitants. Afin de comprendre la dynamique de ces systèmes, il est important de développer des modèles numériques pour simuler les problèmes de vibration véhicule/voie ferrée et comprendre les interactions de la voie ferrée et des composants du véhicule. Une nouvelle approche basée sur la mise à jour périodique de la configuration « Méthode PCU » est d’abord proposée pour l’évaluation de la réponse dynamique des poutres infinies continuellement supportées sous charges mobiles à grande vitesse. La méthode PCU est utilisée pour évaluer la réponse dynamique d’un système simplifié voie ferrée/sol dans lequel la fondation du rail est remplacée par une couche viscoélastique continue. D’autre part, une modélisation numérique 3D considérant le couplage dynamique mutuel complexe entre les composantes de la voie ferrée et la couche du sol est développée. Un schéma de maillage adaptatif est appliqué pour simuler l’effet des charges mobiles ; il est représenté par la création des nœuds mobiles attachés aux charges. Cette modélisation est appliquée avec succès dans la gamme de vitesses sub-Rayleigh et super-Rayleigh. Dans la dernière partie, la modélisation numérique 3D est utilisée pour calibrer les impédances dynamiques du modèle simplifié proposé dans le premier chapitre. Une procédure itérative d’ajustement de courbe est réalisée à l’aide de l’algorithme génétique. Des lois constitutives qui régissent le comportement dynamique des éléments discrets sont proposées aux différentes fréquences de chargement et gamme de vitesses. / The high speed lines are considered as an important source of environmental disturbance that are less and less tolerated by inhabitants. In order to understand the dynamics of these systems, it is important to develop numerical models to simulate the vibration problems vehicle/track and understand the interactions of the track and vehicle components. A new approach based on periodic configuration update “PCU method” is firstly proposed for the assessment of the dynamic response of continuously supported infinite beams under high speed moving loads. The PCU method is used to assess the dynamic response of a simplified track/ground system in which the rail foundation is replaced by a continuous viscoelastic layer. On the other hand, a 3D numerical modeling that considers the complex mutual dynamic coupling between the track components and the subgrade layer is developed. An adaptive meshing scheme is applied to simulate the moving loads effect; it is represented by the creation of load-attached moving nodes on the rail-beam. This modeling is successfully applied in the sub-Rayleigh and super-Rayleigh velocity range. In the last part, the 3D numerical modeling is used to calibrate the dynamic impedances of the simplified beam model proposed in the first chapter. An iterative curve fitting procedure is carried out using the genetic algorithm. Constitutive laws that govern the dynamic behavior of the discrete elements are proposed at different load frequency and velocity range.

Η συγκεκριμένη εργασία επικεντρώνεται στην εκτίμηση της καταλληλότητας κάποιων βασικών – υπερβασικών πετρωμάτων ως αδρανή υλικά για τις συγκεκριμένες χρήσεις και κυρίως για έρμα σιδηροδρομικών γραμμών υψηλών ταχυτήτων. Η έρευνα αφορούσε διαβασικά πετρώματα από υλικά λατομείου της περιοχής Πολύκαστρου του Νομού Κιλκίς καθώς και υλικά από επιλεγμένες θέσεις του Νομού Κορινθίας και συγκεκριμένα από την περιοχή Αγίων Θεοδώρων (δακιτικά πετρώματα) και την περιοχή Σχίνος (περιδοτίτες) . Στα δείγματα αυτά αξιολογήθηκε η καταλληλότητα τους με βάση τα αποτελέσματα ποιοτικού ελέγχου που περιλάμβανε όλες τις σχετικές διαδικασίες και απαιτήσεις που ορίζονται στα αντίστοιχα Ευρωπαϊκά Πρότυπα ΕΝ, συγκεκριμένα: • Γεωμετρικές ιδιότητες (δείκτες πλακοειδούς, επιμήκυνσης, μορφής και ισοδύναμο άμμου) • Φυσικές ιδιότητες (φαινόμενη πυκνότητα και υγρασία απορρόφησης) • Μηχανικές ιδιότητες (δείκτης Micro-Deval, δείκτης LAΑV, δείκτης AIV, δείκτης PSV) • Παράμετροι αντοχής βραχώδους υλικού (σκληρότητα SHV, σημειακή φόρτιση) Από τα αποτελέσματα της εργαστηριακής έρευνας διαπιστώνεται ότι η καταλληλότητα των διαβασικών πετρωμάτων από την περιοχή Πολύκαστρου του Νομού Κιλκίς είναι «οριακή» για έρμα Σιδηροδρομικών Γραμμών Υψηλών Ταχυτήτων (Σ.Γ.Υ.Τ.), σύμφωνα με τις Ελληνικές απαιτήσεις ποιότητας σιδηροδρομικών αδρανών για υψηλές ταχύτητες, λόγω κυρίως των αυξημένων τιμών του δείκτη LAAV, ενώ οι συγκεκριμένοι δακίτες και οι περιδοτίτες κρίνονται «ακατάλληλοι» για τη συγκεκριμένη χρήση. Επιπρόσθετα, από τις συσχετίσεις που δοκιμάστηκαν μεταξύ των επιμέρους ιδιοτήτων των γεωϋλικών διαφαίνονται γραμμικά αυξανόμενες σχέσεις μεταξύ των μηχανικών ιδιοτήτων (κυρίως AIV και LAΑV) με τις γεωμετρικές (κυρίως δείκτης πλακοειδούς) καθώς και με το δείκτη αντίστασης σε στίλβωση (PSV). / This paper focuses on assessing the suitability of some basic – ultrabasic rocks as aggregates for specific uses and especially for railway ballast high speed. The investigation concerned diabase rocks from quarry materials in the region of Kilkis and materials from selected parts of the county Corinth and specifically from the region St. Theodore (dacite rocks) and from the region Schinos (peridotites). In these samples evaluated their suitability based on quality control results that included all relative procedures and requirements set out in the relevant European Standards EN, specifically: • Geometrical properties ( flakiness index, elongation, shape and sand equivalent) • Physical properties ( apparent density and water absorption) • Mechanical properties ( Micro – Deval index, Los Angeles index, aggregate impact value AIV, polished stone value PSV) • Parameters strength rocky material ( Schmidt hammer value SHV, point load index) From the results of laboratory research found that the relevance of diabase rocks grom the region of Kilkis is << marginal>> for Railway Ballast High Speed ( R.B.H.S.), according to the Greek railway aggregate quality requirements for high speed, mainly due to increased results index LAAV, while the specific dacites and peridotites are conciderded << unsuitable>>for that use. In addition, from the correlations between the tested individual properties of geomaterials emerge linearly increasing relationship between the mechanical properties ( mainly LAAV and AIV) with geometrical (in particular flakiness index) and with polished stone value (PSV).

The distinct element method (DEM) is a useful tool in rock engineering to model jointed rock masses. To simulate a jointed rock mass realistically, the main challenge is to be able to capture its complex geometry which consists of blocks with various shapes and sizes, and to model the interactions between these blocks. The main contribution of this thesis is the development of novel algorithms in the DEM to model jointed rock masses, namely rock slicing procedures for block generation, and algorithms for contact detection between polygonal blocks in 2-D or polyhedral blocks in 3-D. These algorithms make use of convex optimisation techniques, for which there exist efficient solution procedures. They do not rely on conventional vertex-edge-face hierarchical data structures and tedious housekeeping algorithms. The algorithms have been verified against analytical and numerical solutions, as well as validated against experimental results published in the literature. Among those, the results of DEM simulations were compared against the experimental model tests and numerical simulations of jointed beams carried out by Talesnick et al. (2007) and Tsesarsky & Talesnick (2007) respectively. Emphasis was placed on modelling the stiffness of the block interfaces accurately, and this was accomplished by reinterpreting the laboratory data published by the investigators. The capabilities of the numerical tools are also examined and demonstrated in areas for which the DEM has found practical application. A substantial fraction of this thesis is devoted to illustrating how these tools can assist the engineer in designing support systems; for example, designing the length and spacing of rock bolts and the lining thickness for a tunnel. Algorithms to model rock bolt and lining support were implemented for this purpose. Interesting comparisons with elastic solutions for supported openings were obtained. Further, it is shown that the relative benefit of introducing more rock bolts or thicker lining can be evaluated using the numerical tools with the aid of an interaction diagram. In the final part of this thesis, the case history of the 1963 Vaiont rock slide in Italy is studied. The 2-D analyses led to useful insights concerning the influence of the reservoir water level, the rock mass strength and deformability, and the slide surface shear stiffness. 3-D analyses were undertaken to investigate the influence of the eastern boundary of the slope, and interesting insights were obtained concerning the slope kinematics. Overall, the case study shows that the tools are capable of modelling problems with specific physical and geometrical detail in both 2-D and 3-D.