Soutenance mémoire
Structure des massifs rocheux
Les massifs rocheux sont des structures très complexes. Ils sont assimilés à un assemblage de blocs appelés matrices rocheuses lesquels sont délimités par des discontinuités constituées de fissures, de fractures ou de failles ou encore de joints stratigraphiques. Par exemple, sur la (Figure1.1), on constate que, pour cet exemple de massif rocheux, pour l’échelle la plus grande, la cinquième voire la quatrième, on peut supposer un comportement isotrope équivalent pour le massif mais pour les deuxième et troisième échelles avec respectivement une et deux familles de discontinuités, il serait déconseillé de faire cette hypothèse. Il sera plus pertinent de prendre en compte directement les discontinuités dans les modélisations. En règle générale, on considère la succession suivante (Calembert et al, 1978) :
– Minéraux, considérés comme éléments de base, postulés non-affectés de discontinuités ;
– Matériaux rocheux constitués de minéraux séparés par des micros discontinuités ;
– Massifs rocheux constitués de matériaux rocheux séparés par les macros discontinuités
Les tassements
Il s’agit principalement de diminutions de volume de certains sols sous l’effet de charges ou d’assèchement. Les tassements latéraux « Lateral spreads » sont très distincts puisqu’ils se produisent habituellement sur des pentes très douces voire même sur des terrains plats (Figure II.5). Le mouvement dominant est celui d’une extension régressive latérale accompagnée d’un cisaillement ou de fentes de tension. La rupture est provoquée par la liquéfaction de sédiments à l’état solide (habituellement des sables et des silts). Le tassement est sa déformation verticale due à l’application telle que les remblais les fondations ou son propre poids. Ils peuvent être uniformes ou différents d’un point à l’autre selon la nature du sol en place. Dans les sols non saturés les tassements sont presque instantanés mais dans les sols saturés, ils peuvent s’étendre sur quelques secondes dans les sols sableux-graveleux, jusqu’à plusieurs dizaines d’années dans les argiles peu perméables.
Les facteurs techniques
Selon (Chalhoub, 2006). les principaux facteurs techniques influençant la stabilité de la pente, à savoir l’angle de pente maximal qu’un talus peut accepter avant l’instabilité, dépendent d’un certain nombre de facteurs, les principaux étant : la hauteur du talus, nature du terrain, la méthode et les phases d’exploitation et l’effet des ondes sismiques causées par le tir à l’explosif et les facteurs d’ordre géométrique (concavité ou convexité du bord du talus).
La hauteur des gradins : La hauteur des gradins influe considérablement sur la valeur du coefficient de sécurité et donc sur la stabilité des talus. Plus la hauteur du gradin est grande, plus son angle de pente sera faible.
La nature des terrains : La nature des terrains est un paramètre très important dont il faut tenir compte dans une étude de stabilité. Il s’agit principalement d’étudier la structure du massif et des caractéristiques physico-mécaniques du terrain.
En ce qui concerne la structure du massif, l’étude des discontinuités de celui -ci (accidents tectoniques, joints de stratification, failles, diaclases) a une influence primordiale sur le calcul du coefficient de sécurité.
La présence ou l’absence de discontinuités à une influence très importante sur la stabilité des pentes de roche et la détection de ces caractéristiques géologiques est l’une des parties les plus critiques d’une étude de stabilité. La stabilité des pentes de la roche varie avec l’inclinaison des surfaces de discontinuité, telles que les failles, les joints et les plans de stratification dans la masse rocheuse. Lorsque ces discontinuités sont verticales ou horizontales, un glissement simple ne peut pas avoir lieu et la défaillance de la pente impliquera une fracture de blocs de roche intacts ainsi que des mouvements le long de certaines des discontinuités (Gadri ,2012).
En ce qui concerne les caractéristiques physico-mécaniques :
– Le paramètre physique pris en compte lors du calcul de la stabilité est le poids volumique des terrains en place ;
– Le paramètre mécanique le plus important est sa résistance au cisaillement qui nous permet de mesurer les caractéristiques de cisaillement (cohésion et angle de frottement interne des différents couches), (Fleurisson ,2001).
La méthode d’exploitation : La modification de l’état des contraintes dans un massif rocheux suite aux travaux d’exploitation peut entraîner une diminution de la résistance au cisaillement qui peut conduire à des ruptures. Les calculs de stabilité des gradins doivent aussi tenir compte des surcharges ponctuelles dues aux engins d’exploitation.
Effets des travaux des tirs sur la stabilité des terrains : L’utilisation de l’énergie explosive pour l’abattage des roches en mines ou en carrières est une technique très largement employée, on sait, tout fois, que seule une partie libérée par la charge explosif est utilisée effectivement dans le processus de fragmentation ; le reste représente diverses nuisances ressenties tant que sur le site qu’en dehors de ses limites. Les vibrations créées par les tirs d’explosifs ont deux champs d’action sur les massifs rocheux. D’une part, ils affectent l’intégrité des roches ou leurs paramètres de résistance à la compression et, d’autre part, peuvent provoquer un effondrement de la paroi ou de la pente lorsque des actions de déstabilisation sont introduites. Ces vibrations sont le résultat de la propagation de l’onde de choc dans le massif rocheux. Dans ce contexte, les tirs de production réalises d’une manière répétitive peuvent contribuer à aggraver la stabilité de la mine (ou carrière).
Approches par différences finies
Contrairement à l’approche des éléments finis, celle des différences finies n’utilise pas une résolution matricielle. Cette dernière technique reconstruit ses équations efficacement à chaque itération et optimise la résolution de problèmes par une approche non linéaire. En quelques mots, la méthode utilisée pour dériver les équations différentielles représentant le modèle est différente de celle de la méthode des éléments finis. Il est cependant prouvé que la réponse de ces deux approches est identique (Itasca Consulting Group, 2016a). L’approche par différences finies est particulièrement adaptée pour modéliser les comportements non linéaires des matériaux et les non-linéarités géométriques (grands déplacements). Cependant, un des inconvénients majeurs de cette méthode est également la difficulté à incorporer des fractures (Jing & Hudson, 2002). Parmi les logiciels qui utilisent cette approche notons FLAC et FLAC3D d’Itasca qui sont parmi les plus utilisés dans le domaine de la géomécanique.
Modélisation par la méthode des éléments finis (Phase2)
Avec les récents développements au niveau du matériel et des logiciels, une analyse en éléments finis conduite proprement peut être réalisée rapidement et avec des coûts relativement faibles (Gadri 2012). Dans la modélisation numérique et l’étude de stabilité de la carrière de Chouf Amar, l’analyse se fera à partir de la méthode des éléments finie en utilisant le logiciel de modélisation numérique par éléments finis Phase2. L’utilisation de ce logiciel de modélisation est idéale. Elle permet de faire des analyses plus complètes tout en nécessitant moins d’hypothèses (voir Annexe 10). En outre, ces analyses permettent d’inclure les contraintes présentes dans le massif tout comme les déformations des matériaux, de vérifier l’effet de la séquence d’excavation et permettent de réduire au minimum la quantité d’hypothèses émises et d’identifier automatiquement la surface la plus critique. Autrement, l’hypothèse est faite que les matériaux ont des résistances qui peuvent être représentées par un modèle de comportement par plasticité parfaite. Il s’agit d’une simplification qui est régulièrement émise pour ce type d’analyse de stabilité. L’analyse de stabilité se fera en deux cas (Statique et dynamique) on prend en considération l’influence de l’eau sur les paramètres mécaniques de la couche de Marnes (Sèche et drainé). Le logiciel Phase 2, tout comme Slide, ne permet pas d’introduire le schéma d’ondes dynamiques pour faire des analyses précises du comportement du massif lors d’un évènement sismique. Une analyse dynamique doit donc être conduite avec un coefficient de sismicité est égale à 0.06g. Par la suite, l’option « SSR Search Area » (la méthode de la réduction de la résistance en cisaillement par éléments finis « SSR-EF ») de Phase2 est utilisée pour déterminer le facteur de sécurité correspondant à différentes structures de formation rocheuse de la carrière profils C1, C2, C3, et le profil nord complet. En plus des éléments qui viennent d’être discutés, un modèle créé par la méthode des éléments finis nécessite un maillage pour séparer le domaine en zones de petites tailles. Le maillage choisi pour le modèle de la carrière Chouf Amar, en est un composé d’éléments triangulaires à six nœuds (Fig.IV.16). Ce type de maillage est idéal pour une géométrie relativement complexe tout en conservant une excellente précision quant à la distribution des contraintes (Mestat, 1997). Les résultats des facteurs de sécurité obtenus par la méthode des éléments finis à l’aide du logiciel Phase2 sont présentés dans la figure IV.17, et les déplacements totaux observés lors de l’analyse (en conditions statique et dynamique) pour différentes profils (C1, C2, C3 et le flanc nord complet) sont illustré dans les figures IV .18, 19, 20 et 21.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I. Massif Rocheux et Mouvement des Terrains
Introduction
PARTIE I. DESCRIPTION DES MASSIFS ROCHEUX
I.1. Structure des massifs rocheux
I.2. Description des discontinuités
I.3. Différent types de discontinuités
I.3.1. Les Joints
I.3.2. Schistosité
I.3.3. Les diaclases
I.3.4. Les failles
I.3.5. Les plis
I.4. Caractéristique géométriques des discontinuités
I.4.1. Orientation
I.4.2. Extension
I.4.3. Espacement et densité
I.4.4. Fréquence des discontinuités
I.4.5. Ouverture
I.4.6. Rugosité
PARTIE II. LES MOUVEMENTS DES TERRAINS
II.1. Différent types des mouvements des terrains
II.2. Les mouvements rapides et discontinus
II.2.1. Les écroulements
II.2.2. Les effondrements
II.2.3. Les éboulements
II.2.4. Les coulées boueuses
II.3. Les mouvements lent et continue
II.3.1. Les affaissements
II.3.2. Les tassements
II.3.3. Les glissements
II.3.4. Quelque exemples des glissements réels en Algérie
II.4.Facteurs influençant la stabilité des pentes dans les mines et carrières
II.4.1. les facteurs naturels
II.4.2. Les facteurs techniques
Conclusion
Chapitre II. Classification des massifs rocheux et Méthodes d’analyse
Introduction
II.1. Principaux méthodes d’évaluation de stabilité du talus
II.2. Méthodes empiriques
II.2.1. Rock Quality Designation (RQD)
II.2.2. Rock Mass Rating (RMR)
II.2.3. Slope Mass Rating (SMR)
II.2.4. Geological Strength Index (Système du GSI)
II.2.5. Limitation des systèmes de classification
II.3. Méthodes analytiques
II.3.1 Approche cinématique
a) Méthode stéréographique
b) Mécanisme de rupture
II.3.2. Méthode d’équilibre limite
a) Cas d’une rupture plane de longueur infinie
b) Cas de rupture de pente de longueur finie
c) Cas d’une rupture circulaire
II.3.4. Les inconvénients de la méthode d’équilibre limite
II.4. Approches numériques
II.4.1. Méthodes continues
a) Approches par éléments finis
b) Approches par différences finie
c) Approches par éléments frontières
II.4.2. Méthodes discontinues
a) Approches par éléments discrets
II.4.3. Méthodes hybrides
II.5. Calcul du coefficient de sécurité (Fs)
II.6. Comparaison de la méthode SSR et de la méthode d’équilibre limite
Conclusion
Chapitre III. Présentation Du Site D’étude
Introduction
III.1. Généralités sur la région d’étude
III.1.1. Situation Géographique
III.1.2. Géologie de la région
III.1.3. Situation administratif et morphologique de gisement Chouf Amar
III.2. Litho stratigraphie du gisement de Calcaire
III.3. Structure et tectonique du gisement
III.4. Condition hydrogéologique de gisement
III.4.1. Précipitations
III.5. Aperçu sur l’exploitation de gisement de calcaire Chouf Amar
III.6. Instabilité du massif rocheux de la carrière de Chouf Amar
Conclusion
Chapitre IV. Classification et modélisation numérique de stabilité des massifs rocheux de la carrière de Chouf Amar
Introduction
IV.1. Collecte et traitement des données structurales de la carrière
IV.2. Classifications du massif de la carrière de Chouf Amar
IV.2.1. Classification RQD (Rock Quality Design)
IV.2.2. Classification par RMR (Rock Mass Rating)
IV.2.3. Classification GSI (Geological Strength Index) du massif rocheux de la carrière
IV.2.4. Classification SMR du massif rocheux de la carrière
IV.2.5. Analyse de stabilité par analyse cinématique par projection stéréographique
IV.3. Réflexion sur les causes possibles du glissement
IV.4. Etude Paramétriques
IV.4.1. Etude de la stabilité par SLIDE
IV.4.2. Modélisation par la méthode des éléments finis (Phase2)
IV.4.2.1 Analyse de stabilité par l’option SSR Search Area
IV.4.3. Modélisation par la méthode des différences finis (FLAC)
IV.4.3.1 Analyse de stabilité par l’option Exclure région
Conclusion
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
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