Structure des massifs rocheux
Une des caractéristiques fondamentales des roches et des massifs est qu’à différentes échelles, du « micro » au « macro », ils sont constitués de matériaux « intacts », séparés par des discontinuités. En règle générale, on considère la succession suivante (Calembert et al. 1981) :
minéraux, considérés comme éléments de base, postulés non affectés de discontinuités ;
matériaux rocheux constitués de minéraux séparés par des microdiscontinuités ;
massifs rocheux constitués de matériaux rocheux séparés par les macrodiscontinuités.
Les caractéristiques d’un matériau à une échelle donnée dépendent de celles des constituants et de celles des discontinuités (à cette échelle). En mécanique des roches, le terme discontinuité désigne toute interruption des propriétés mécaniques ou physiques dans la matrice rocheuse. Il s’agit souvent d’une dégradation des propriétés mécaniques sur des zones de très faible épaisseur. L’étude d’un massif rocheux fracturé nécessite donc une caractérisation de la matrice rocheuse, ainsi que celle des discontinuités.
Morphologie de discontinuités rocheuse
La morphologie de discontinuités dépend de la nature de la roche (minéralogie, conditions de dépôt…) et de son histoire (formation, présence d’eau, recristallisations secondaires, etc.). Elle est définie par la rugosité qui désigne une irrégularité de la surface par rapport à son plan de référence. En d’autres termes, la rugosité d’une discontinuité peut être caractérisée par une ondulation (des ondulations à grande échelle qui, si elles sont emboîtées et en contact, provoquent la dilatance au cours du déplacement de cisaillement car elles sont trop grandes pour être cisaillées) et des aspérités (des irrégularités à petite échelle qui peuvent être endommagées au cours du déplacement de cisaillement, ou au moins, qui peuvent produire une dilatance à cette petite échelle, sous un niveau de contrainte normale faible). En pratique, l’ondulation affecte la direction initiale du déplacement de cisaillement par rapport au plan de référence de discontinuité, tandis que les aspérités influent sur la résistance de cisaillement (ISRM 1978). La méthode la plus simple pour caractériser la rugosité est l’inspection visuelle, La surface est comparée avec des profils types et la valeur descriptive du profil qui correspond mieux à la surface observée est choisie. Bien que cette méthode est encore utilisée très largement pour estimer la rugosité des discontinuités rocheuses. Barton et Choubey (1977) ont proposé des profils types de rugosité (figure 1.3.a). Le JRC est une mesure quantitative de la rugosité, variant de 0 pour une surface plane et lisse à 20 pour une surface très rugueuse. Le JRC (un nombre) est obtenu en comparant directement le profil de la surface réelle avec le profil type dans le diagramme. La Commission ISRM (1978) a suggéré également une nomenclature, illustrée dans la figure 1.3.b, pour décrire les rugosités à l’échelle métrique en trois classes types et à l’échelle centimétrique en trois sous-classes. L’influence des caractéristiques morphologiques de surfaces de discontinuités sur le comportement mécanique a été décrite par plusieurs auteurs, par exemple Patton (1966), Ladanyi et Archambault (1969), Barton (1973).
Facteurs influençant la stabilité des talus
L’analyse des processus de déformation dans les mines à ciel ouvert doit tenir compte de l’influence commune des facteurs naturels et techniques. On peut subdiviser les facteurs naturels en trois groupes :
géographiques et climatiques : relief du site, régime des précipitations, régime des températures, conditions spécifiques du gel-dégel ;
géologiques : lithologie du massif, conditions tectoniques, spécificités structurales et texturales des roches et du massif, propriétés mécaniques des roches, etc.;
hydrogéologiques : eaux superficielles qui traversent le territoire de l’exploitation ou se situent à proximité, eaux souterraines dans le massif, présence d’eau dans les contacts entre les roches ou dans les discontinuités tectoniques etc.
Parmi les facteurs techniques on peut citer la géométrie de la mine et des stériles, les angles de talus de la mine et des stériles, la méthode d’excavation et de l’abattage de la roche, la structure de la mécanisation des travaux, la présence à proximité de la mine d’excavations souterraines, les méthodes et les paramètres de pompage, etc. D’un point de vue général, les massifs rocheux peuvent être considérés à la fois comme des objets géologiques et des objets mécaniques. L’étude de la stabilité des massifs rocheux nécessite d’avoir des connaissances relatives à la géologie structurale et à la mécanique des roches. Sur le plan géologique on observe une grande diversité des massifs rocheux en fonction de :
la nature de la matrice rocheuse et ses caractéristiques pétrographiques et mécaniques
les discontinuités à toutes les échelles et de tous types, affectant le massif
la variabilité dans l’espace du couple matrice rocheuse/discontinuités
Analyse de stabilité par projection stéréographique
L’identification des modes de ruptures pour les différentes familles de discontinuités identifiées, associées aux différents domaines lithologiques est réalisée par une analyse cinématique à l’aide de la projection stéréographique en utilisant le ROCKPACK III, ce dernier permet de mieux visualiser les données d’une manière assez compréhensive, qui nous fournit l’occasion de délimiter 02 zones critiques dont la première concerne les ruptures planaires et dièdres, à propos de ces deux modes nous avons basé sur les travaux de (Markland ,1972 ; Hocking ,1976) modifiés par (Wyllie and Mah, 2004), la deuxième présente les conditions pour avoir des ruptures par basculements (Goodman,1989). L’analyse cinématique sera réalisée pour chacun des secteurs de la carrière (Est et Ouest), chacun des secteurs présentant des possibilités de rupture seront analysés séparément. Dans le secteur Est, présente une direction de 240° au niveau des calcaires en banc sera ignoré parce qu’elle ne présente aucune exploitation dans cette direction.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Comportement mécanique des massifs rocheux
I.1 Introduction
I.2 Structure des massifs rocheux
I.3 Matrice rocheuse
I.4 Critères de rupture de la roche
I.5 Discontinuités
I.5.1 Propriétés géométriques des discontinuités
I.5.2 Comportement mécanique des discontinuités
I.5.2.1 Morphologie des discontinuités rocheuses
I.5.2.2 Discontinuité soumise à une contrainte normale
I.5.2.3 Discontinuité soumise à une contrainte de cisaillement
I.6 Conclusion
Chapitre II : Stabilité des talus rocheux dans les mines
II.1 Introduction
II.2 Facteurs influençant la stabilité des talus
II.3 Analyse de stabilité des pentes minières
II.4 Méthodes de calcul de stabilités de talus rocheux
II.4.1 Méthodes de calcul classiques
II.4.1.1 Analyse cinématique
II.4.1.1.1 Détection du risque de rupture
II.4.1.1.2 Mécanismes de ruptures
II.4.1.2 Analyse à l’équilibre limite
II.4.1.2.1 Ruptures planaires
II.4.1.2.2 Ruptures dièdres
II.4.1.2.3 Renforcement d’une pente rocheuse
II.4.1.2.3.1 Ruptures planaires
II.4.1.2.3.1 Ruptures dièdres
II.4.1.3 Approches déterministe et probabiliste
II.4.2 Méthode des blocs clés
II.4.3 Méthodes de calcul en déformation
II.4.3.1 La méthode des éléments finis
II.4.3.1 La méthode des éléments distincts
II.5 Critères de conception
II.6 Conclusion
Chapitre III : Classifications géomécaniques des massifs rocheux
III.1 Introduction
III.2 Classifications géomécaniques des massifs rocheux
III.2.1 Rock QualityDesignation index (RQD)
III.2.2 Rock Mass Rating (RMR)
III.2.2.1 Estimation des paramètres mécaniques à partir du RMR
III.2.3 Geological Strength Index (GSI)
II.2.3.1 Surface Condition Rating SCR
III.2.3.2 Structure Rating SR
III.2.4 Slope Masse Rating (SMR)
III.3 Conclusion
Chapitre IV : Contexte géologique et répartition des calcaires dans la wilaya de Sétif
IV.1 Introduction
IV.2 Cadre géologique régional
IV.2.1 Grands domaines structuraux
IV.2.2 Aperçu lithostratigraphique sur les domaines structuraux
IV.2.3 Tectonique
IV.3 Répartition lithologique de la wilaya de Sétif
IV.3.1 Répartition des calcaires dans la wilaya de Sétif
IV.3.1 Répartition des dolomies dans la wilaya de Sétif
IV.4 Contexte du site d’étude
IV.4.1 Litho stratigraphie
IV.4.2 Tectonique
IV.5 Relation entre plissement et fracturation
IV.6 Relations entre fluides et structures tectoniques
IV.7 Conclusion
Chapitre V : Etude de stabilité de la carrière de Djebel Gustar
V.1 Collecte et traitement des données structurales
V.2 Familles de discontinuités de la carrière ENOF
V.3 Analyse statistique des paramètres géométriques
V.4 Classifications géomécaniques du massif rocheux de Djebel Gustar
V.4.1 Classification RMR du massif rocheux de la carrière ENOF
V.4.2 Classification GSI du massif rocheux de la carrière ENOF
V.4.3 Classification SMR du massif rocheux de la carrière ENOF
V.5 Conclusion
Chapitre VI: Validation numérique des résultats
VI.1 Introduction
VI.2 Paramètres mécaniques des discontinuités du massif rocheux de la carrière ENOF
VI.3 Analyse de stabilité par projection stéréographique
VI.4 Analyse de stabilité par la méthode d’équilibre limite
VI.5 Analyse de la stabilité par la méthode des éléments finis
VI.5.1 Principes généraux de la méthode des éléments finis
VI.5.2 Modélisation par éléments finis
VI.6 Conclusion
Conclusion et recommandations
Références bibliographiques
Annexe 1
Annexe 2
Annexe 3
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