Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Le comportement mécanique et hydraulique des massifs rocheux fracturés est grandement influencé par la dilatance produite lors du déplacement en cisaillement des fractures. La plupart des travaux de génie civil et minier impliquent le comportement mécanique de massifs rocheux recoupés de plusieurs réseaux de joints et il est primordial d'anticiper les variations de la dilatance lorsque ces milieux discontinus sont sollicités par différents types de forces externes.

Une méthode de caractérisation de la dilatance en fonction du déplacement en cisaillement, sous contrainte normale nulle, est proposée. La méthode est basée sur l'analyse de la distribution des angularités des aspérités sur les profils prélevés sur les surfaces d'une fracture à l'étude. L'adaptation de la méthode de Feckers-Rengers de caractérisation de la répartition statistique de I'angularité des faces latérales des différentes irrégularités en fonction de leur largeur a été utilisée comme procédure de base. Les distributions des angles extrêmes, en fonction de la longueur de base des aspérités, ont été calculées en utilisant le logiciel « CalculDilat », spécialement conçu pour cette méthode. Ce logiciel a permis de déterminer les courbes de dilatance en fonction du déplacement en cisaillement, sous contrainte normale nulle, pour une direction de cisaillement donnée.

Des essais expérimentaux de cisaillement, réalisés sur une réplique de la fracture à l'étude, avec mesure de la dilatance, ont été effectués afin de valider la méthode de calcul proposée. Les courbes de dilatance expérimentales et calculées ont été réalisées dans quatre directions différentes et, pour chacune des directions, dans les deux sens de cisaillement (dextre et senestre). Les résultats obtenus montrent que les courbes de dilatance calculées et expérimentales coïncident presque parfaitement lorsque le cisaillement est effectué selon une pente générale positive ou pratiquement nulle. Par contre, lorsque le cisaillement est effectué selon une pente générale négative, la courbe de dilatance calculée se situe au dessus de la courbe de dilatance expérimentale. La cause de cette surestimation de la dilatance est probablement attribuable au fait que la méthode ne tient pas compte de la possibilité qu'il y ait contractance lors du déplacement en cisaillement de la fracture.

Les différentes courbes de dilatance expérimentales obtenues dans les différentes directions étudiées ont permis de définir l'anisotropie selon la direction de cisaillement. Les courbes de dilatance calculées ont démontré le même phénomène ce qui permet de conclure que la méthode de calcul proposée tient compte de l'anisotropie directionnelle. Les mêmes observations ont également été faites en ce qui concerne l'anisotropie selon le sens du cisaillement.

Les courbes de dilatance ont été tracées selon différentes conditions d'analyse. Les résultats ont démontré que la méthode n'est pas sensible au nombre de profils utilisés pour faire les calculs mais plutôt à quels profils sont utilisés. Ce sont les grandes structures qui contrôlent le comportement de la dilatance et ce sont donc les profils passant sur ces grandes structures qui sont importants. L'intervalle d'échantillonnage utilisé sur les profils est de 0,5 mm mais l'analyse des courbes de dilatance a démontré qu'un intervalle d'échantillonnage de 2 ou 3 mm permet de tracer des courbes de dilatance tout aussi précises.

En ce qui concerne le cisaillement selon une pente générale négative, la surestimation des courbes de dilatance calculées, engendrée par le fait que la méthode de calcul ne tient pas compte de la possibilité qu'il y ait de la contractance lors du déplacement en cisaillement peut être solutionnée en diminuant la valeur de l'angle de pente négative des profils aux angles maximaux ; alors, la dilatance calculée concorde nettement mieux avec les valeurs de dilatance expérimentales.

L'influence d'une contrainte normale non nulle a été étudiée sur une base préliminaire. L'application d'une contrainte normale a pu être simulée par l'élimination des aspérités à faible longueur de base dans la détermination des angles extrêmes. Toutefois, le manque de données expérimentales à contrainte normale non nulle laisse un doute dans l'application de cette technique. Ainsi la relation entre la longueur de base maximale des aspérités à négliger et l'application de la contrainte normale n'a pu être déterminée avec certitude.