This thesis deals with the problem of localized failure in rocks, which occurs often in civil engineering practice like in dam failure, foundation collapse, stability of excavations, slopes and tunnels, landslides and rock falls. The risk of localized failure should be better understood in order to be prevented. The localized failure in rocks is usually characterized by a sudden and brittle failure without warning in a sense of larger and visible deformations prior to failure. This happens also under the strong influence of material heterogeneities, pre-existing cracks and other defects. The three novel numerical models, incorporating the localized failure mechanisms, heterogeneity of rock and pre-existing cracks and other defects, are presented in this thesis. First model deals with 2D plane strain two-phase rock composite, where stronger phase represents the intact rock and weaker phase initial defects. Second model represents the extension of the previous model towards the 3D space, where full set of 3D failure mechanisms is considered. Heterogeneous properties are taken here through the random distribution and Gauss statistical variation of material properties. The latter model is also used for the analysis of intact rock core specimens geometrical shape deviations influencing the uniaxial compressive strength. Third model is a 2D, dealing with volumetric fluid-structure interaction and localized failure under the influence of fluid flow through the porous rock medium. The discrete beam lattice approach is chosen for general framework for three models, where Voronoi cells represent the rock grains kept together by Timoshenko beams as cohesive links. The enhanced kinematics characterized for embedded discontinuity approach is added upon standard kinematics of cohesive links. This serves for the macrocrack propagation in all failure modes and their combinations, between the rock grains. The fracture process zone formation followed by micro-cracks coalescence, preceding the localized failure, is considered as well. Fluid flow is governed by a Darcy law, while coupling conditions obey Biot’s theory of poroplasticity. The results of the numerical models were verified by the benchmarks available from literature in 2D case. The 3D model was validated against the experimental results conducted on 90 rock specimens, where even slight geometrical deviations of specimens are considered. Presentation of these models, as well as their implementation aspects are given in full detail. Embedded discontinuity concept and the local nature of enhancements required to capture the displacement discontinuities leads to the very efficient approach with static condensation of enhanced degrees of freedom and technique that can be efficiently incorporated into finite element code architecture.

Cette thèse aborde le problème de la rupture localisée dans les roches, qui charcterise un grand nombre d’applications dans le domaine du génie civil, tels que la rupture du barrage, effondrement desfondations, la stabilité des excavations ou les tunnels, les glissements de terrain et éboulements. Le risque de rupture localisée devrait être mieux apprehendé pour mieux l’évitér. La rupture localisée dans les roches est généralement caractérisé par une une rupture soudaine et quasi-fragile sans avertissement dans un sens de plus grandes déformations et visibles avant l’échec. Cela se produit également sous l’influence des hétérogénéités matériels, influencé par des fissures existantes et d’autres défauts initaux. Les trois nouveaux modèles numériques, intégrant les mécanismes de rupture localisées, l’hétérogénéité de la roche et de fissures existantes et d’autres défauts, sont présentés dans cette thèse. Premier modèle propose une représentation 2D de roche composite à deux phases, où la phase solide représente la roche intacte et les plus faibles en phase défauts initiaux. Deuxième modèle représente l’extension du modèle précédent vers l’espace 3D, où un ensemble complet de mécanismes de défaillance 3D est considéré. Propriétés hétérogènes sont prises ici par la distribution aléatoire en accord avec la variation statistique Gaussienne des propriétés des matériaux. Ce dernier modèle est également utilisé pour l’analyse de la roche intacte spécimens écarts de forme géométriques qui influencent la résistance à la compression uniaxiale. Troisième modèle est un modèle 2D, traitant interaction volumétrique entre fluide et structure et la rupture localisée sous l’influence de l’écoulement du fluide à travers le milieu de la roche poreuse. L’approche de lattice discret est choisi pour construire le cadre général pour trois modèles, où les cellules de Voronoi représentent les grains de roche gardés ensemble par Timoshenko poutres que des liens de cohésion. La cinématique améliorées caractérisées pour l’approche intégrée de discontinuité est ajouté sur la cinématique standard de liens cohérents. Cela sert pour la propagation de la fissure macro dans tous les modes de défaillance et de leurs combinaisons, entre les grains de la roche. La formation de la zone de processus de rupture suivie par des micro-fissures coalescence, précédant la rupture localisée, est considéré comme bien. Écoulement de fluide est régie par une loi de Darcy, tandis que les conditions de couplage obéissent à la théorie de Biot de poroélasticité. Les résultats des modèles numériques ont été vérifiées par les repères de la littérature dans le cas 2D. Le modèle 3D a été validé contre les résultats expérimentaux effectués 12 sur 90 échantillons de roches, où de légères déviations géométriques de spécimens sont considérés. Présentation de ces modèles, ainsi que leurs aspects de mise en oeuvre sont présentés en détail. Notion de discontinuité intrinsèque et le caractère local des améliorations nécessaires pour capturer les discontinuités de déplacement conduit à l’approche très efficace avec condensation statique des degrés améliorés de liberté et de technique qui peut être efficacement intégrés dans architecture standarde d’un logiciel élément finis.