Micro-seismicity and hydro-mechanics of fractured rock masses : experiments and numerical simulations

par Valeria Saetta

Thèse de doctorat en Génie civil, hydrosystèmes, géotechnique

Sous la direction de Jack-Pierre Piguet.

Soutenue en 2004

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Un massif rocheux fracturé, dont le comportement géo-hydromécanique a été étudié depuis plusieurs années, a été instrumenté sismiquement. L'intérêt du site réside dans le fait qu'on peut induire artificiellement une charge hydraulique connue et mesurer des déplacements, des pressions hydrauliques sur plusieurs points significatifs. Les résultats des essais in-situ mettent en évidence l'existence d'une micro-sismicité induite par une variation de pression avec une grande repétitivité. A partir des résultats des essais in-situ, a été formulée l'hypothèse que l'activité micro-sismique est associée à l'augmentation de la pression d'eau dans les zones moins perméables du massif rocheux. Une modélisation numérique du site avec la méthode des Eléments Finis a été réalisée pour determiner l'amplitude des variations de contraintes induites par la mise en charge hydraulique et vérifier si elles pouvaient engendrer des sources sismiques. Des échantillons prélevés ont permis de déterminer, en laboratoire, le comportement mécanique de la roche intacte et des joints rocheux et la sismicité associée. Il s'avère que les variations de contrainte calculées pour le site ne sont pas suffisantes pour générer la sismicité observée au laboratoire. Une modélisation micromécanique à l'échelle du joint rocheux avec la méthode des Eléments de Contour (Discontinuités de Déplacement) a été réalisée pour simuler le comportement hydro-mécanique tenant compte de la morphologie du joint. Les résultats numériques sont en accord avec les obsenTations de laboratoire et montrent que la mise en charge hydraulique d'un joint rugueux peut engendrer des instabilités lors de l'ouverture des aires de contact compatibles avec la micro-sismicité observée sur le site.

  • Titre traduit

    Micro-seismicity and hydromechanics of fractured rock masses : experiments and numerical simulations


  • Résumé

    This dissertation forms part of a larger research field which deals with using seismic monitoring systems to better understand the behavior of natural rock slope appealing to the laboratory and in-situ experiments and the numerical simulation. For this purpose, a small scale rock mass, former instrumented from the geo-hydro-mechanical point of view, bas been chosen for installing a seismic monitoring system. Ln this site, it is possible to easily induce a known hydraulic charging and to measure displacements and pressures in many meaningful points. The results of the in-situ experiments highlight the existence of micro-seismicity induced by a variation of water pressures and the repetitiveness either of the hydro-mechanical and micro-seismic behavior. From results, it bas been hypothesized that the micro-seismic activity onsets when water pressure increases in less permeable zones. The Finite Elements numerical modeling of the site allows to calculate the stress variations due to hydraulic charging and to assess if stress variations could generate seismic sources. Series of cores have been taken from the site in order to tested rock material and rock fractures in laboratory, associated with acoustic emissions. Lt results that little stress variations due to water pressure, calculated for the site, do not explain the micro-seismicity observed in laboratory. A micro-mechanical model using Boundary Elements Method (Displacements Discontinuity Method) which simulates the hydro-mechanical behaviour of rock joints sample under normal compression is proposed taking into account the joint topography. Results confirm the laboratory observations and show that the hydrostatic charging can induce instabilities, when contact areas open, comparable to the ill-situ micro-seismicity.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (331 - [8] p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. [1-8]

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  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2004 SAETTA V.
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