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1 - MASSIF ROCHEUX

2 - DESCRIPTION ET CARACTÉRISATION DES DISCONTINUITÉS

3 - CARACTÉRISATION DES MASSIFS ROCHEUX

4 - APPLICATIONS DE LA MÉCANIQUE DES ROCHES

5 - MODÉLISATION NUMÉRIQUE EN MÉCANIQUE DES ROCHES

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

8 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : C352 v2

Caractérisation des massifs rocheux
Mécanique des roches - Caractérisation des massifs rocheux

Auteur(s) : Richard GIOT, Stephen HÉDAN, Philippe COSENZA

Date de publication : 10 mai 2023

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RÉSUMÉ

Tout projet concernant le massif rocheux requiert que celui-ci soit reconnu et caractérisé précisément du point de vue géotechnique, ce qui est l’objet de la mécanique des roches. Un massif rocheux est un milieu discontinu composé de blocs de roche plus ou moins intacts, séparés par des discontinuités de différentes natures. Le présent article a pour but de présenter les concepts essentiels de la mécanique des roches en mettant en avant les propriétés et spécificités du massif rocheux. Sur la base d’une description générale du massif rocheux, cet article s’intéresse à la description et à la caractérisation géomécanique des discontinuités structurant le massif en blocs de roche et du massif rocheux résultant de l’assemblage roche/discontinuités. L’article propose également des exemples d’applications de la mécanique des roches pour l’ingénieur (stabilité de versants rocheux, conception d’ouvrages souterrains) et aborde l’application de la modélisation numérique aux problématiques de la mécanique des roches. La caractérisation des roches fait l’objet de l’article Mécanique des roches - Caractérisation des massifs rocheux[C350].

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ABSTRACT

Rock mechanics - Characterization of rock masses

Any project concerning the rock mass requires a comprehensive characterization from a geotechnical point of view, which is the central topic of rock mechanics. A rock mass is a discontinuous environment made up of more or less intact blocks of rock, separated by discontinuities of different kinds. The aim of this article is to present the fundamental concepts of rock mechanics by highlighting the properties and specificities of the rock mass. Based on a general description of the rock mass, this article focuses on the description and geomechanical characterization of the discontinuities structuring the rock mass in blocks of rocks, and of the rock mass. resulting from the rock / discontinuities assembly. The article also offers examples of applications of rock mechanics for engineers (stability of rocky slopes, design of underground structures) and discusses the application of numerical modeling to rock mechanics issues. The characterization of rocks is the subject of article Rock mechanics - Physical and mechanical characterization of rocks [C350].

Auteur(s)

  • Richard GIOT : Professeur des universités - UMR CNRS 7285 IC2MP, ENSI Poitiers, université de Poitiers, Poitiers, France

  • Stephen HÉDAN : Maître de conférences - UMR CNRS 7285 IC2MP, ENSI Poitiers, université de Poitiers, Poitiers, France

  • Philippe COSENZA : Professeur des universités - UMR CNRS 7285 IC2MP, ENSI Poitiers, université de Poitiers, Poitiers, France

INTRODUCTION

La mécanique des roches est une discipline à l’interface de la mécanique et de la géologie. Elle appartient à la fois aux géosciences et aux sciences de l’ingénieur. Son application à des problématiques d’ingénierie constitue une partie de la géotechnique, au même titre que la mécanique des sols. Si de nombreux concepts développés dans le cadre de la mécanique des sols sont applicables à la mécanique des roches, les différences entre ces deux géomatériaux impliquent des différences de comportement mécanique et donc la définition de concepts spécifiques aux roches que cet article, accompagné de l’article [C 350], a pour objectif de mettre en évidence. Quand on s’intéresse à la mécanique des roches, il faut distinguer la roche (qu’on qualifiera également de matrice rocheuse dans cet article) du massif rocheux, ce dernier étant constitué de discontinuités en sus de la matrice rocheuse.

Dans cet article, le point de vue adopté est celui de l’application de la mécanique des roches dans le cadre de projets d’ingénierie, qui en règle générale concerne l’échelle du massif rocheux. La rédaction est donc orientée en ayant à l’esprit l’application des concepts de la mécanique des roches à l’objet d’études que constitue le massif rocheux. Tout projet concernant le massif rocheux requiert que ce massif rocheux soit reconnu et caractérisé précisément du point de vue géotechnique. Un massif rocheux est un milieu discontinu composé de blocs de roche plus ou moins intacts, séparés par des discontinuités de différentes natures. C’est également un milieu hétérogène, anisotrope et multiphasique, dont le comportement est en outre concerné par un fort effet d’échelle. Le présent article a pour but de présenter les concepts essentiels de la mécanique des roches en mettant en avant les propriétés mécaniques spécifiques des discontinuités et du massif rocheux.

L’article est organisé de la manière suivante. Dans un premier temps, une description générale du massif rocheux souligne les principales caractéristiques et spécificités du massif rocheux à l’origine de son comportement géomécanique. Les deux sections suivantes ont pour objectif de présenter les grands éléments de la caractérisation du massif rocheux. Ainsi, la deuxième section est consacrée à la description et à la caractérisation des discontinuités structurant le massif en blocs de roche. Sont présentés dans cette partie les principes de description des discontinuités et de caractérisation de leur comportement mécanique. La troisième section détaille la caractérisation du massif rocheux, en tant qu’assemblage d’une matrice rocheuse et d’un ensemble de familles de discontinuités. Sont notamment abordées la caractérisation des systèmes de discontinuités, qui constitue la description structurale du massif rocheux, les caractérisations géologique, géophysique et géomécanique à l’échelle du massif, la détermination des contraintes in situ, l’importance de l’eau dans les massifs rocheux, ainsi que les systèmes de classification et notation du massif rocheux et leurs applications.

La quatrième section vise à mettre en évidence l’importance des concepts développés par la mécanique des roches et de la caractérisation des roches et du massif rocheux. Cette caractérisation permet de produire un modèle géologique et géotechnique du massif rocheux, objet indispensable à la réussite d’un projet d’infrastructure ou d’aménagement au sein d’un massif rocheux. Ce modèle peut être utilisé pour mettre en application les méthodes de calcul de dimensionnement et de stabilité des ouvrages au rocher. Les applications mises en avant dans cette section sont la vérification de la stabilité des versants rocheux et la conception et le creusement des ouvrages souterrains. Enfin, la dernière section est consacrée à l’application de la modélisation numérique aux problématiques de la mécanique des roches, plus particulièrement à l’échelle du massif rocheux.

Pour une vision plus complète de la mécanique des roches, le lecteur pourra par ailleurs se reporter à l’article [C 350] qui se concentre sur la caractérisation physique et mécanique des roches constitutives du massif rocheux.

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KEYWORDS

discontinuities   |   rocks   |   rock mass   |   géomécanique geomechanical behaviour

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-c352


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3. Caractérisation des massifs rocheux

3.1 Caractérisation géologique et mécanique des massifs rocheux

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3.1.1 Levé géologique de détail

On reprend ici la description proposée par Durville et Héraud.

« Un levé géologique est effectué à une échelle comprise entre 1/1 000 et 1/100, afin de localiser les principaux affleurements et les observations qui s’y rapportent.

L’observation directe d’un affleurement rocheux montre généralement une matrice rocheuse affectée de discontinuités organisées en familles. Le relevé de ces discontinuités peut être intégral (par exemple en galerie, sur un plan de la voûte et des piédroits rabattus) ou échantillonné selon une ou plusieurs lignes droites. On estime qu’il faut effectuer 200 à 300 mesures de pendage pour une étude structurale de difficulté moyenne.

Le géologue structural doit éviter certains pièges tels que ceux-ci :

  • dans l’observation d’une paroi de falaise, la représentation des discontinuités de direction parallèle à cette paroi est très réduite et l’échantillonnage est donc biaisé ;

  • dans un versant, le fauchage des terrains peut modifier leur pendage sur des épaisseurs dépassant parfois la dizaine de mètres.

Le recours à la tranchée d’essai, outre le fait de créer un nouveau point d’observation, peut apporter des précisions sur certains éléments : possibilité d’extraction, possibilité de fragmentation au tir, vibrations transmises lors des tirs, coefficient de foisonnement, stabilité des talus, etc. ».

HAUT DE PAGE

3.1.2 Méthodes géophysiques

Les méthodes géophysiques de type sismique, électromagnétique ou diagraphique peuvent être utilisées pour la caractérisation des massifs rocheux. Ces méthodes peu invasives présentent deux avantages. D’une part, elles fournissent une information spatialement bien échantillonnée compte tenu de leur rapidité de mise en...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - AMADEI (B.), STEPHANSSON (O.) -   Rock Stress and its Measurement.  -  Springer (1987).

  • (2) - GONZALEZ DE VALLEJO (L.I.), FERRER (M.) -   Geological Engineering.  -  CRC Press (2011).

  • (3) - COMITE FRANÇAIS DE MECANIQUE DES ROCHES -   Manuel de Mécanique des Roches – Tome 1 Fondements.  -  Presse des Mines (2000).

  • (4) - PATTON (F.D.) -   Multiple modes of shear failure in rock.  -  C.R. 1er Congrès ISRM, Lisboa, Portugal, 509-513 (1966).

  • (5) - BARTON (N.), CHOUBEY (V.) -   The shear strength of rock joints in theory and practice.  -  Rock Mech., 10:1-54 (1977).

  • (6) - DAMAJ (J.) -   Auscultation et surveillance des perturbations hydromécaniques d’ouvrages souterrains par méthodes ultrasonores.  -  Thèse...

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