Caractérisation géomécanique de roches cataclastiques

1
ÉCOL E POL Y T ECH NI QUE
FÉDÉRALE DE LA USANNE
LMR
LABORATOIRE DE
MÉCANIQUE DES ROCHES
Caractérisation géomécanique de
roches cataclastiques rencontrées
dans des ouvrages souterrains alpins
J. Habimana, V. Labiouse, F. Descoeudres
EPFL -LMR
Synthèse des observations et essais
Lot B Lot C
Lot D
Failles, zones fracturées et
schisteuses + inclusions de
quartz, argile et graphite
Zones de roches
complètement
broyées
Plusieurs
niveaux de
tectonisation
Eboulements
Convergences
Débourrages
Débourrages,
Décompression Eboulements
Convergences
F5
Verrucano
Essais triaxiaux
Cisaillement direct Essais triaxiaux sol
Essais triaxiaux
Compression simple

2
EPFL -LMR
Principales difficultés liées aux roches cataclastiques
cas d’excavation au tunnelier
Décompression et
blocage par serrage
Phénomènes
de fluage
Instabilités devant
la machine Effondrement
galerie de contournement
EPFL -LMR
recristallisation
dynamique
Formation des roches cataclastiques
Processus de Tectonisation (Bürgi 1999)
Fracturation
Broyage
Plissement
Transformation
purement
mécanique
Phénomène
de Cataclase
+
=>
(i) Intensité de la cataclase
(ii) Texture originale de la roche
2 facteurs:=>
(i)
(ii)

3
EPFL -LMR
Choix de GSI pour quantifier
le degré de tectonisation
La tectonisation agit sur:
la structure
l’état des joints
=> Evolution en diagonale
Attention: très qualitatif!
Poor
Geological Strength Index
Surface conditions
Structure
Very good
Surface quality
Good Fair Very poor
Blocky
Very Blocky
Blocky/disturbed
Interlocking of rock pieces
Disintegrated
Foliated /
laminated/sheard N/A N/A
80
70
60
50
40
30
20
10
5
Légèrement
tectonisé
Tectonisé
Très
tectonisé
Extrêmement
tectonisé
EPFL -LMR
Mode de rupture
Influence du degré de tectonisation
Résistance
Déformabilité
Grès quartzitiques
0
2
4
6
8
10
12
14
0 0.02 0.04 0.06 0.08
ε1[−]
2
4
3
1
[-]
(σ1 −σ
3 )/σ3
1 : Légèrement tectonisé
2 : Tectonisé
3 : Très tectonisé
4 : Extrêmement tectonisé

4
EPFL -LMR
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
σ1
σ3
[MPa]
[MPa]
σ1= σ3+( σ3+ )
m* s* a
a = 0.75
m* = 6.14
s*= 0.31
R = 0.98
Enveloppe de rupture
Grès quartzitiques
extrêmement tectonisés
Un nombre suffisant
d’essais
Bonne corrélation
EPFL -LMR
Plusieurs degrés de tectonisation
Grès quartzitiques
Beaucoup d’essais
Bonne corrélation
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
σ1
σ3
[MPa]
[MPa]
σ1= σ3+( σ 3+ )
m* s* a
a = 0.61
m* = 91.17
s*= 8.66
R = 0.99
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
σ
1
σ3
[MPa]
[MPa]
σ1= σ3+( σ 3+ )
m* s* a
a = 0.50
m* = 441.70
s*= 216.69
R = 0.98
3. Très tectonisé
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
σ
1
σ3
[MPa]
[MPa]
σ1= σ3+( σ 3+ )
m* s* a
a = 0.70
m* = 11.79
s*= 1.32
R = 0.99
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
σ
1
σ3
[MPa]
[MPa]
σ1= σ3+( σ 3+ )
m* s* a
a = 0.75
m* = 6.14
s*= 0.31
R = 0.98
1. Légèrement tectonisé 2.Tectonisé
4. Extrêmement tectonisé

5
EPFL -LMR
Le paramètre
de courbure a
évolue avec le
degré de
tectonisation
Superposition des enveloppes de rupture
Grès
quartzitiques
a = 0.5
a = 0.61
a = 0.70
a = 0.75
[MPa]
2
4
3
1
[MPa]
σ1
σ3
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15
1 : Légèrement tectonisé
2 : Tectonisé
3 : Très tectonisé
4 : Extrêmement tectonisé
EPFL -LMR
Le paramètre
de courbure a
évolue avec le
degré de
tectonisation
Superposition des enveloppes de rupture
Schistes
charbonneux
[MPa]
4
3
[MPa]
σ1
σ3
0
10
20
30
40
50
0 5 10 15
2 : Tectonisé
3 : Très tectonisé
4 : Extrêmement tectonisé
2a = 0.63
a = 0.79
a = 0.89