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Titre: Title: Modification des classifications géomécaniques pour les massifs r

Titre: Title: Modification des classifications géomécaniques pour les massifs rocheux schisteux Auteur: Author: Maciej Armatys Date: 2012 Type: Mémoire ou thèse / Dissertation or Thesis Référence: Citation: Armatys, M. (2012). Modification des classifications géomécaniques pour les massifs rocheux schisteux [Master's thesis, École Polytechnique de Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/831/ Document en libre accès dans PolyPublie Open Access document in PolyPublie URL de PolyPublie: PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/831/ Directeurs de recherche: Advisors: Richard Simon Programme: Program: Génie minéral Ce fichier a été téléchargé à partir de PolyPublie, le dépôt institutionnel de Polytechnique Montréal This file has been downloaded from PolyPublie, the institutional repository of Polytechnique Montréal https://publications.polymtl.ca UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL MODIFICATION DES CLASSIFICATIONS GÉOMÉCANIQUES POUR LES MASSIFS ROCHEUX SCHISTEUX MACIEJ ARMATYS DÉPARTEMENT DES GÉNIES CIVIL, GÉOLOGIQUE ET DES MINES ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES (GÉNIE MINÉRAL) AVRIL 2012 © Maciej Armatys, 2012. UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL Ce mémoire intitulé : MODIFICATION DES CLASSIFICATIONS GÉOTECHNIQUES POUR LES MASSIFS ROCHEUX SCHISTEUX Présenté par : ARMATYS Maciej en vue de l’obtention du diplôme de : Maîtrise ès sciences appliquées a été dûment accepté par le jury d’examen constitué de : M. JAMES Michael, Ph.D., président M. SIMON Richard, Ph.D., membre et directeur de recherche M. BELEM Tikou, Ph.D., membre iii DÉDICACE À la mémoire de mon père iv REMERCIEMENTS Je tiens avant tout de remercier mon directeur de recherche, professeur Richard Simon, pour son incitation à accroître mes connaissances en mécanique des roches. Ses conseils judicieux, sa compréhension et son encouragement ont fortement contribué tout au long de ce long travail à la terminaison de celui-ci. De même, plusieurs personnes du Projet Westwood, division IAMGOLD, ont contribué dans le dénouement du projet, notamment M. Patrice Simard et l’entière équipe de géologie par leur effort lors de la campagne d’échantillonnage, et M. Maxime Martel ing. par sa grande disponibilité et patience lors de la cueillette de données. Également, je me dois d’être reconnaissant au FQRNT, au CRSNG et à IAMGOLD pour le financement très apprécié de mes études par l’octroi d’une bourse en milieu de pratique — BMP Innovation. Sans celle-ci, je n’aurais surement pas eu l’occasion de poursuivre mes études. De plus, il m’est impossible d’imaginer la réalisation du projet sans l’aide de mes collègues et professeurs du département, particulièrement de l’amitié développée avec Nooshin Falaknaz et Arash Khosravi, et particulièrement M. André Ducharme pour sa serviabilité et son expertise lors des essais en laboratoire. En terminant, je désire remercier ma famille et mes amis pour leur grand soutien moral, et Thu Pham pour sa belle humeur réconfortante ; votre bienveillance m’a permis de poursuivre ma passion. v RÉSUMÉ La masse rocheuse schisteuse se caractérise par un comportement anisotrope influençant la stabilité des excavations souterraines à l’égard de l’orientation des plans de faiblesse (e.g. foliation). Pour tenir compte du comportement anisotrope, la classification géomécanique du "Rock Mass Rating" (RMR) présente un ajustement en guise de facteur correctif. Toutefois, l’application de celle-ci n’est pas objectivement validée pour le domaine minier, en particulier pour les conditions de terrain schisteux. La cote ajustée ne tient pas compte de toutes les composantes du comportement anisotrope permettant de prédire le niveau de convergence des excavations en roche dure schisteuse quand celles-ci sont orientées parallèlement (convergence maximale) ou perpendiculairement (convergence minimale) par rapport à la foliation. L’objectif du projet de maîtrise vise à améliorer la classification RMR76 existante (version 1976) pour inclure la présence et l’orientation des plans de faiblesse (i.e. anisotropie) tout en tenant compte des conditions influençant la convergence. Le degré d’anisotropie est intégré dans la classification par des courbes anisotropes spécifiques produites en laboratoire. En collaboration avec le Projet Westwood (Québec), une campagne d’échantillonnage de roches foliées est effectuée dans deux zones géologiques schisteuses afin de réaliser des essais mécaniques en laboratoire selon des orientations variables. En supplément, des rétro-analyses ont été réalisées pour des galeries disponibles dans les unités les plus schisteuses. Appelé le RMRanisotrope, la classification proposée est développée à partir de ces résultats, celle-ci est basée sur le produit de trois paramètres clés : (i) la cote de base du massif isotrope (RMR'isotrope); (ii) le facteur d’anisotropie (αanisotrope); et (iii) le facteur de correction pour l’espacement du schiste (Dschiste). Les cotes résultantes du RMRanisotrope se sont montrées sensibles à la variation due à l’anisotropie induite par les plans de faiblesse. Des données de terrain supplémentaires ont permis de calibrer la réduction du système pour estimer le niveau de convergence selon la Classification du Comportement Convergent (CCC). Les modifications apportées au RMR76 permettront de mieux prédire la stabilité des futures excavations du domaine minier pour des directions défavorables (parallèle à la foliation) et assureront une meilleure sécurité des travailleurs. vi ABSTRACT Schist rock masses are characterized by anisotropic behaviour that strongly influences the stability of underground excavations depending on the relative orientations of the planes of weakness (e.g. foliation). To account for this anisotropic behaviour, the Rock Mass Rating (RMR) includes a correction factor for anisotropy. However, its use has not been objectively validated for mining applications, particularly for schist rock formations. Consequently, the adjusted rating does not account for all the elements of the anisotropic behaviour therefore could not predict the levels of squeezing on excavations when observed at parallel (convergence is maximal) or perpendicular (convergence is minimal) with respect to the foliation. This thesis aims to improve the existing RMR76 (version 1976) classification to include the planes of weakness and its orientation in the rock mass while accounting for ground squeezing conditions. The determination of the anisotropy curve is required for each rock type with laboratory testing and is then integrated into the classification. In collaboration with the Westwood Project (located in Québec), a number of rocks with anisotropic behaviour were collected in two highly schistose geological areas, at variable orientations, for mechanical laboratory testing. In addition, retro- analyse for selected orientations were performed for the areas. The new developed classification, entitled RMRanisotrope, is based on the product of three key parameters: (i) the isotropic rock mass base value (RMR'isotrope); (ii) the anisotropic reduction factor (αanisotropic); and (iii) the correction for schist spacing (Dschiste). Its application was validated for both schistose units. The results from the new classification were sensitive to the variation of the anisotropy induced by the planes of weakness. With acquired field data, the reduction of the system allowed for proper calibration in order to estimate the level of squeezing behaviour by the Classification of the Convergent Behaviour (CCB). The changes proposed to the RMR76 will help better predict the stability of mining excavations when the plane of weakness are oriented unfavourably and subsequently will improve the working safety of staff members. vii TABLE DES MATIÈRES DÉDICACE ................................................................................................................................... III REMERCIEMENTS ..................................................................................................................... IV RÉSUMÉ ........................................................................................................................................ V ABSTRACT .................................................................................................................................. VI TABLE DES MATIÈRES ...........................................................................................................VII LISTE DES TABLEAUX .............................................................................................................. X LISTE DES FIGURES .................................................................................................................XII LISTE DES SIGLES ET ABRÉVIATIONS .............................................................................. XV LISTE DES ANNEXES .......................................................................................................... XVIII CHAPITRE 1 INTRODUCTION ............................................................................................... 1 CHAPITRE 2 REVUE DE LA LITTÉRATURE ....................................................................... 5 2.1 Les systèmes de classification des massifs rocheux ......................................................... 5 2.1.1 RQD (Rock Quality Designation) ................................................................................ 9 2.1.2 Système du NGI (Rock Mass Quality) ....................................................................... 13 2.1.3 RMR (Rock Mass Rating) .......................................................................................... 20 2.1.4 Méthode des abaques de stabilité (méthode de Mathews) .......................................... 27 2.1.5 Remarques supplémentaires sur les systèmes de classification ................................. 31 2.2 Le comportement anisotrope des roches schisteuses ..................................................... 36 2.2.1 Roche anisotrope ........................................................................................................ 37 2.2.2 Types d’anisotropie .................................................................................................... 39 2.2.3 Comportement mécanique anisotrope ........................................................................ 41 2.2.4 Degré d’anisotropie .................................................................................................... 47 2.3 La convergence induite en périphérie d’excavation ....................................................... 49 2.3.1 Particularité du comportement convergent ................................................................ 50 2.3.2 Estimation du comportement convergent ................................................................... 55 2.4 Sommaire ....................................................................................................................... 61 CHAPITRE 3 LE MASSIF ROCHEUX SCHISTEUX DU PROJET WESTWOOD ............. 63 3.1 La caractérisation du massif rocheux schisteux ............................................................. 63 3.1.1 Géologie ..................................................................................................................... 63 viii 3.1.2 Propriétés mécaniques ................................................................................................ 68 3.1.3 Comportement du massif rocheux schisteux .............................................................. 73 3.2 RMR76 inféré – Classification utilisée par le Projet Westwood ..................................... 78 3.2.1 Modification de la technique de description de la carotte de forage .......................... 78 3.2.2 Ajustement du RMR76 pour la description de carotte de forage ................................ 79 3.2.3 Calibration du système RMR76 inféré ........................................................................ 80 3.2.4 Paramètre de design ................................................................................................... 81 3.2.5 Application du système de classification ................................................................... 82 3.2.6 Sommaire ................................................................................................................... 86 CHAPITRE 4 ESSAIS EN LABORATOIRE .......................................................................... 88 4.1 Échantillonnage .............................................................................................................. 88 4.2 Types d’essais ................................................................................................................ 90 4.2.1 Compression uniaxiale ............................................................................................... 90 4.2.2 Compression triaxiale ................................................................................................. 91 4.2.3 Compression diamétrale ............................................................................................. 91 4.3 Description du type d’équipement utilisé ....................................................................... 92 4.4 Analyse des résultats ...................................................................................................... 93 4.5 Résultats des essais expérimentaux ................................................................................ 94 4.5.1 Résistance en compression uniaxiale ......................................................................... 94 4.5.2 Résistance en compression triaxiale ......................................................................... 101 4.5.3 Résistance en compression diamétrale ..................................................................... 105 4.6 Sommaire ..................................................................................................................... 112 CHAPITRE 5 PROPOSITION DE MODIFICATION DE LA CLASSIFICATION GÉOTECHNIQUE RMR76 ......................................................................................................... 115 5.1 Classification géomécanique pour massif rocheux schisteux ...................................... 115 5.1.1 Classification de base pour massif rocheux schisteux (RMR'isotrope) ........................ 116 5.1.2 Facteur d’anisotropie (αanisotrope) ............................................................................... 119 5.1.3 Facteur de uploads/Geographie/ noui-mimoire.pdf