Systèmes de classification du massif rocheux

SYSTÈMES DE CLASSIFICATION DU MASSIF ROCHEUX

Différents systèmes de classification des massifs rocheux ont été développés au fil des ans afin d’avoir en main des outils permettant d’estimer les propriétés globales des massifs rocheux et d’anticiper, dans certains cas, leur comportement. L’intérêt d’élaborer de tels systèmes vient également du besoin d’avoir des outils de communication comportant des définitions claires et reconnues par l’ensemble des personnes œuvrant dans le domaine de la mécanique des roches. La plupart de ces systèmes de classification reposent sur une description quantitative des propriétés et des caractéristiques du massif rocheux susceptibles d’influencer son comportement. L’exercice consiste à attribuer des valeurs numériques aux différents facteurs ou paramètres spécifiques à un système de classification afin d’obtenir une note globale correspondant à une classe déterminée décrivant la qualité du roc et son comportement. La classification d’un massif rocheux à l’aide de plus d’un système est recommandée afin de dresser un portrait plus juste de ses propriétés. Les systèmes de classification les plus connus sont le Rock Quality Designation (RQD) développé par Deere et al. (1967, cité dans Hoek et al., 1995), l’indice RMR (Rock Mass Rating) développé par Bieniawski (1976 et 1989, cité dans Hoek et al., 1995), la classification NGI (Norwegian Geotechnical Institute) développée par Barton et al. (1974) et le paramètre GSI (Geological Strength Index) d’après Marinos et Hoek (2000).

L’analyse des données recueillies lors des campagnes de cartographie menées à la mine (Frenette, 2001; Lajoie, 2010 et Golder, 2012c) a permis de décrire la qualité du roc d’après l’indice RMR, la classification NGI et le paramètre GSI. La qualité du massif rocheux de la mine Niobec a aussi été décrite par Golder Associés Ltée (2012d).

CLASSIFICATION RQD

Le RQD est un indice qui permet de mesurer la fréquence des discontinuités et d’évaluer le degré d’altération de la roche. Il consiste à diviser la somme des fragments d’une carotte par la longueur totale de celle-ci afin de déterminer le pourcentage de récupération de cette dernière. Les fragments récupérés de la carotte doivent avoir une longueur supérieure ou égale à 10 centimètres pour qu’ils soient considérés dans le calcul. Le RQD est facile et peu coûteux à obtenir. Il ne tient cependant pas compte de l’orientation des discontinuités et de leur continuité entre autres. Le RQD est utilisé dans beaucoup d’autres systèmes de classification en tant que paramètre puisqu’il ne peut pas, à lui seul, décrire le système de discontinuités d’un massif.

INDICE RMR

L’indice RMR (Rock Mass Rating) développé par Bieniawski (1976 et 1989, cité dans Hoek et al., 1995) repose sur la pondération de six paramètres qui correspondent à la résistance à la compression uniaxiale, au RQD, à l’espacement des discontinuités, à la nature des joints, aux conditions hydrogéologiques et à l’orientation des discontinuités. La somme des différentes valeurs associées à chacun des paramètres (équation 13) permet de déterminer l’indice RMR auquel une classe de roche est associée et pour laquelle un temps de tenue moyen et de portée sans soutènement, un angle de friction du massif rocheux, une cohésion et une qualité de roc sont définis. La classification RMR a été modifiée plusieurs fois depuis sa première publication en 1974 (Hoek et al., 1995). Il est, par conséquent, important de spécifier quelle version du RMR est utilisée en lui ajoutant un indice. Les versions les plus utilisées sont celles proposées en 1976 et en 1989 (Armatys, 2012).

𝑹𝑴𝑹 = 𝑨+ 𝑩 + 𝑪 + 𝑫 + 𝑬+ 𝑭 (13)
𝑅𝑀𝑅 ∶ 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑞𝑢𝑎𝑙𝑖𝑡é 𝑝𝑜𝑢𝑟 𝑙𝑒 𝑠𝑦𝑠𝑡è𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑙𝑎𝑠𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑅𝑀𝑅 [−]
𝐴 ∶ 𝑅é𝑠𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒 à 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑢𝑛𝑖𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙𝑒 [𝑁 𝑚𝑚2 ⁄ ]
𝐵 ∶ 𝑅𝑄𝐷 [%]
𝐶 ∶ 𝐸𝑠𝑝𝑎𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑑𝑒𝑠 𝑑𝑖𝑠𝑐𝑜𝑛𝑡𝑖𝑛𝑢𝑖𝑡é𝑠 [𝑚𝑚]
𝐷 ∶ 𝑁𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒 𝑑𝑒𝑠 𝑗𝑜𝑖𝑛𝑡𝑠 [−]
𝐸 ∶ 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠 ℎ𝑦𝑑𝑟𝑜𝑔é𝑜𝑙𝑜𝑔𝑖𝑞𝑢𝑒𝑠 [−]
𝐹 ∶ 𝑂𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑠 𝑑𝑖𝑠𝑐𝑜𝑛𝑡𝑖𝑛𝑢𝑖𝑡é𝑠 [−]

PARAMÈTRE GSI

La classification GSI (Geological Strength Index) (Hoek, 1994; Hoek & al., 1995 et Hoek & Brown, 1998, cité dans Hoek & Marinos, 2007) a été introduite afin de disposer d’un système qui permette de considérer l’influence de la fracturation de la masse rocheuse et des conditions géologiques pouvant être observées sur le terrain dans la définition des paramètres (mb, s et a) du critère de rupture de Hoek & Brown. L’estimation du GSI se fait à partir du tableau descriptif proposé par Marinos & Hoek (2000), qui indique l’intervalle dans lequel peut varier la valeur du GSI selon les caractéristiques de la masse rocheuse observées. Ces dernières dépendent des conditions de surface des discontinuités observées sur le terrain et de leur structure.

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PARAMÈTRES GÉOMÉCANIQUES DU MASSIF ROCHEUX

Les résultats des essais de laboratoire effectués sur des échantillons de roche intacte ne peuvent pas être reliés directement au comportement du massif rocheux. Les différents éléments structuraux qui peuvent être présents dans le massif peuvent avoir une grande influence sur le comportement de ce dernier et sur sa résistance. L’échelle à laquelle existent ces discontinuités par rapport à la taille des échantillons rend difficile l’extrapolation des résultats des essais à l’ensemble du massif rocheux. Les systèmes de classification et les résultats des essais de laboratoire doivent être utilisés pour déterminer les paramètres géomécaniques du massif rocheux pour tenir compte de l’effet d’échelle . Ces derniers correspondent aux paramètres des critères de rupture de Mohr-Coulomb et de Hoek & Brown.

CRITÈRE DE RUPTURE DE HOEK & BROWN

Les paramètres du critère de rupture de Hoek & Brown (mb, s et a) pour le massif rocheux peuvent être déterminés à partir du GSI et des résultats obtenus suite à un essai de résistance à la compression triaxiale sur la roche intacte (Hoek et al., 2002). Le GSI, comme il a été mentionné plus tôt, peut être estimé à partir du tableau proposé par Marinos & Hoek (2000) ou à partir des relations basées sur l’indice RMR (Hoek & Brown, 1997) et la classification NGI (Hoek & Marinos, 2007). La résistance uniaxiale en compression σci et le paramètre du critère de rupture de Hoek & Brown pour la roche intacte mi sont déterminés à partir des résultats expérimentaux des essais de résistance à la compression uniaxiale et triaxiale comme il a été mentionné précédemment.

Table des matières

CHAPITRE 1 – INTRODUCTION
1.1. PROBLÉMATIQUE
1.2. DESCRIPTION DU PROJET ET OBJECTIFS
1.2.1. OBJECTIFS
1.3. MÉTHODOLOGIE
1.3.1. DÉTERMINER LES PARAMÈTRES GÉOMÉCANIQUES DU MASSIF ROCHEUX
1.3.2. DÉTERMINER LE CHAMP DE CONTRAINTES NATUREL PRÉSENT DANS LE MASSIF
1.3.3. ÉVALUER LA STABILITÉ DES CHANTIERS PAR LA MODÉLISATION NUMÉRIQUE
1.4. APERÇU DES CHAPITRES SUIVANTS
CHAPITRE 2 – REVUE DE LITTÉRATURE
2.1. ANALYSE DES DISCONTINUITÉS
2.2. ESSAIS MÉCANIQUES
2.2.1. RÉSISTANCE À LA COMPRESSION UNIAXIALE
2.2.2. RÉSISTANCE À LA COMPRESSION TRIAXIALE
2.2.3. RÉSISTANCE EN TENSION
2.2.4. PROPRIÉTÉS ÉLASTIQUES
2.2.5. RÉSISTANCE AU CISAILLEMENT
2.3. SYSTÈMES DE CLASSIFICATION DU MASSIF ROCHEUX
2.3.1. CLASSIFICATION RQD
2.3.2. INDICE RMR
2.3.3. CLASSIFICATION NGI
2.3.4. PARAMÈTRE GSI
2.4. PARAMÈTRES GÉOMÉCANIQUES DU MASSIF ROCHEUX
2.4.1. CRITÈRE DE RUPTURE DE HOEK & BROWN
2.4.2. CRITÈRE DE RUPTURE DE MOHR-COULOMB
2.5. CONTRAINTES EN PLACE
2.5.1. CONTRAINTES NATURELLES
2.5.2. CONTRAINTES INDUITES
2.6. REMBLAI MINIER
2.7. MODÉLISATION NUMÉRIQUE
CHAPITRE 3 – CONTEXTE GÉOLOGIQUE DE LA MINE NIOBEC
3.1. DESCRIPTION DU MASSIF ROCHEUX
3.2. MINÉRALOGIE DE BASE ET LITHOLOGIES DE LA MINE
CHAPITRE 4 – CARACTÉRISATION ET DÉTERMINATION DES PARAMÈTRES GÉOMÉCANIQUES DU MASSIF ROCHEUX
4.1. REVUE DES ESSAIS EFFECTUÉS ET DES RÉSULTATS OBTENUS
4.2. PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DE LA ROCHE INTACTE
4.3. DISCONTINUITÉS ET RÉSEAU DE FRACTURES
4.4. CLASSIFICATION DU MASSIF ROCHEUX
4.5. PARAMÈTRES GÉOMÉCANIQUES DU MASSIF ROCHEUX
4.6. PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DU REMBLAI
4.7. DISCUSSION SUR LES PARAMÈTRES GÉOMÉCANIQUES DU MASSIF ROCHEUX
CHAPITRE 5 – CARACTÉRISATION DES PRESSIONS DE TERRAIN À L’INTÉRIEUR DU MASSIF ROCHEUX
5.1. REVUE DES CAMPAGNES DE MESURE EFFECTUÉES
5.2. ANALYSE ET INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS
5.3. DISCUSSION SUR LES PRESSIONS DE TERRAIN À LA MINE NIOBEC
CHAPITRE 6 – ANALYSE DE LA STABILITÉ DES CHANTIERS DE LA MINE NIOBEC PAR LA MODÉLISATION NUMÉRIQUE
6.1. CHOIX DU LOGICIEL DE MODÉLISATION
6.2. CONSTRUCTION DU MODÈLE
6.2.1. GÉOMÉTRIE
6.2.2. PARAMÈTRES DE SIMULATION
6.2.3. CONTRAINTES ET CONDITIONS FRONTIÈRES
6.3. CRITÈRES DE RUPTURE À VÉRIFIER
6.4. ÉVALUATION DE LA STABILITÉ
6.4.1. ANALYSE POUR LES CHANTIERS DU BLOC # IV
6.4.2. ANALYSE POUR LES CHANTIERS DES BLOCS # V ET VI
6.4.3. ANALYSE POUR LES CHANTIERS DU BLOC # VII
6.5. DISCUSSION SUR LES SIMULATIONS NUMÉRIQUES
CHAPITRE 7 – DISCUSSION
CHAPITRE 8 – CONCLUSION

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