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Étude du comportement à court et long terme des roches appliquée à la stabilité des ouvrages souterrains Étude du comportement à court et long terme des.

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1 Étude du comportement à court et long terme des roches appliquée à la stabilité des ouvrages souterrains Étude du comportement à court et long terme des roches appliquée à la stabilité des ouvrages souterrains Équipe Mécanique des Roches J. ESLAMI - D. HOXHA - J. GRGIC Groupement de Recherche sur lImpact et la Sécurité des Ouvrages Souterrains ineris-inpl-ensmp

2 1. Exploitations en chambres et piliers. 2. Arrêt des pompages d exhaure. 3.Remont é e des eaux et inondation des galeries. 4. Effondrements localis é s. 5. D é gâts de surface. 1 Problématique : Instabilité à long-terme d'ouvrages souterrains Étude du comportement HM à court et long terme des roches couches minéralisées intercalaires marneux 4 à 6 m 50 à 100 m 3 à 4 m fractures liées à lexploitation: infiltration des eaux karstiques pilier (minerai) chambre (exploitée) eaux dexhaure pompées Quelques exemples de problématiques: Après-mine Versants rocheux Stockage souterrain

3 CS GISOS 2009 Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie Objectifs: Étude des mécanismes de déformation instantané et différée dans les roches poreuses (calcaire oolithique, minerai de fer) Étude de linfluence de lhygrométrie sur les mécanismes de déformation Paramétrage du modèle de comportement phénoménologique THMC Moyens expérimentaux: Essais de compression uniaxiale multi-paliers: court et long (fluage) terme Contrôle de lhygrométrie Mesure des vitesses des ondes US (quantification de lendommagement) Écoute des Emissions Acoustiques EA avec localisation des évènements 2 Etude des mécanismes de déformation et de rupture: échelle labo. Objectif : modélisation du comportement instantané et différé des roches Roche concernée: calcaire dEuville (+ minerai de fer) Étude du comportement HM à court et long terme des roches

4 CS GISOS Caractérisation du calcaire dEuville (calcaire oolithique) Distribution du rayon daccès des pores Essai hydrostatique drainé réalisé sur un échantillon de calcaire Microstructure du calcaire oolithique dEuville (photos MEB) Porosité ouverte au mercure nHg (%) Porosité libre nl (%) Porosité piégée np (%) 22,27,015,2 Porosité ouverte à leau (%) (17 mesures) 22,2 ± 0,7% Perméabilité (m 2 ) 4, Module de compressibilité: K = 11200, 13000, (MPa) Nf = 0,07% Étude du comportement HM à court et long terme des roches

5 CS GISOS 2009 Mesure des vitesses des ondes Ultrasonores (US) Objectifs: Mesurer lévolution des 5 modules élastiques (isotrope transverse) au cours dessais mécaniques Quantification de la densité et la distribution des microfissures en fonction du chargement 4 Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie Étude du comportement HM à court et long terme des roches

6 CS GISOS Mesure des vitesses des ondes Ultrasonores (US) Dispositif expérimental: Éprouvettes équipées de capteurs US Cale supérieure Cale inférieure Capteurs émetteur et récepteur des ondes US Capteur émetteur des ondes US en direction axiale Capteurs US: céramiques piézoélectriques Fréquence de résonance: 150 kHz 5mm 7,5mm P S1 S2 Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie Étude du comportement HM à court et long terme des roches

7 CS GISOS Mesure des vitesses des ondes Ultrasonores (US) Quelques résultats en US: essai de compression uniaxiale à court-terme Déformations Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie Vitesses des ondes Conditions expérimentales état saturé (Hr=100%) cycles relaxation-déchargement (à mi-hauteur)- rechargement tous les 1,5 MPa Étude du comportement HM à court et long terme des roches Seuil non-linéarité de déformation latérale Seuil dilatance

8 CS GISOS Mesure des vitesses des ondes Ultrasonores (US) Quelques résultats en US: essai de compression uniaxiale à court-terme Déformations 1.1: Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie Vitesses des ondes Conditions expérimentales état saturé (h r =85%) cycles relaxation-déchargement (à mi-hauteur)- rechargement tous les 1,5 MPa Étude du comportement HM à court et long terme des roches

9 CS GISOS Mesure des vitesses des ondes Ultrasonores (US) Quelques résultats en US: essai de compression uniaxiale à court-terme Modules élastiques dynamiques (h r = 85%) 1.1: Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie Étude du comportement HM à court et long terme des roches

10 CS GISOS Mesure des vitesses des ondes Ultrasonores (US) Quelques résultats en US: essai de compression uniaxiale à court-terme Modules élastiques statiques Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie 1,5 – 2,5 MPa Étude du comportement HM à court et long terme des roches

11 CS GISOS Mesure des vitesses des ondes Ultrasonores (US) Quelques résultats en US: essai de compression uniaxiale à court-terme Comparaison des données acoustiques et mécaniques Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie h r = 85 % h r = 0 % Étude du comportement HM à court et long terme des roches

12 CS GISOS 2009 Conditions hydriques Paliers de contrainte 8, temps Contrainte (MPa) générateur de pression Cellule à hygrométrie contrôlée 2 cellules reliées en série à un générateur Dispositif expérimental pour le fluage 11 Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie - essai FI : hr = 100 % (pc = 0 MPa) - essai FII : hr = 100 % (pc = 0 MPa) - essai FIII : hr = 85 % (pc = 22 MPa) - essai FIV : hr = 85 % (pc = 22 MPa) - essai FV : hr = 66 % (pc = 56,2 MPa) - essai FVI : hr = 66 % (pc = 56,2 MPa) Étude du comportement HM à court et long terme des roches

13 CS GISOS Mesure des vitesses des ondes Ultrasonores (US) Quelques résultats en US: essai de fluage uniaxial multi-paliers Déformations Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie Vitesses des ondes Étude du comportement HM à court et long terme des roches

14 CS GISOS Mesure des vitesses des ondes Ultrasonores (US) Quelques résultats en US: essai de fluage uniaxial multi-paliers Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie Modules élastiques statiques Étude du comportement HM à court et long terme des roches

15 CS GISOS Effet de leau sur le comportement mécanique Résultats des essais à court et à long terme Déformations Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie Résultats des essais uniaxiaux à court terme Essais uniaxiau x h r (%)Pic (MPa) Seuils de non-linéarité axiallatéraldilatance Essai I ,59 Essai II8516,596,411,5 Essai III6620, ,5 Essai VI022,21114,5- Résultats des essais uniaxiaux à long terme Essais fluages h r (%)Pic (MPa) Seuils de dilatanc e (MPa) Essai I Essai II10016,610 Essai III851711,5 Essai VI851711,5 Essai V6617,413,5 Essai IV6617,4- Étude du comportement HM à court et long terme des roches

16 CS GISOS Le concept de la contrainte effective expressions de la contrainte effective en partialement saturé Bishop coussy Effet de leau sur le comportement mécanique Étude du comportement HM à court et long terme des roches

17 CS GISOS Écoute des Émissions Acoustiques (EA) Dispositif expérimental: Objectifs: Étude des sources des EA dans les roches (fissuration, mvt de dislocations) Méthodes danalyse des EA: Mécanismes des sources, statistique, fréquentielle et énergétique, vitesses de propagation, tomographie et localisation. Emplacement dun capteur acoustique Formes donde enregistrées Éprouvette équipée de capteurs EA Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie Mécanismes des sources Étude du comportement HM à court et long terme des roches

18 CS GISOS Écoute des Émissions Acoustiques (EA) Quelques résultats en EA: essai de compression uniaxiale à court-terme Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie Étude du comportement HM à court et long terme des roches

19 CS GISOS Écoute des Émissions Acoustiques (EA) Quelques résultats en EA: essai de compression uniaxiale à court-terme Essais de compression uniaxiale avec mesure des vitesses US, écoute des EA et avec contrôle de lhygrométrie Réseau pour localisation Résultats de localisation Étude du comportement HM à court et long terme des roches

20 CS GISOS Les propriétés élastiques anisotropes dun calcaire oolithique ont été déterminées au moyen de mesures des vitesses de propagation des ondes ultrasonores élastiques. La variation des vitesses montre que la création des fissures au cours du chargement est aléatoire et isotrope, sauf que les fissures qui ont été créés dans la direction perpendiculaire à l'axe de la contrainte restent fermées pendant le chargement et souvrent pendant le déchargement. Les émissions acoustiques sont distribuées spatialement de façon plutôt diffuse dans le volume de léchantillon Cette distribution diffuse des événements acoustiques (localisation) et la distribution isotrope des fissures (détectée par lévolution des vitesses) peut être due à un endommagement par décohésion des grains dans léchantillon Influence assez important de lhygrométrie sur le comportement mécanique de la roche à court et long terme (augmentation de la résistance et le seuil de dilatance à court et long terme) en raison de la grande taille des pores, le durcissement de la pierre calcaire dEuville ne peut pas être expliqué par le couplage hydro-mécanique Conclusions Étude du comportement HM à court et long terme des roches


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