Étude expérimentale du comportement de la pression interstitielle et de son influence sur le comportement physico-mécanique d'un matériau poreux intact ou fracturé par essais triaxiaux non-drainés

摘要

Le comportement physique et mécanique des massifs rocheux est grandement influencé par la présence d'eau sous pression à l'intérieur des pores et des discontinuités structurales. Lorsque des changements rapides se produisent dans l'état des contraintes et des déformations du massif ou lorsque l'eau ne peut s'échapper ou entrer dans le massif à cause d'un mauvais drainage, la contractance ou la dilatance du massif saturé produit une augmentation ou une diminution de la pression interstitielle (u) de l'eau. Différentes conditions sont susceptibles d'influencer cette variation de pression interstitielle et c'est dans le but de mieux les identifier que plusieurs séries d'essais triaxiaux non-drainés ont été réalisées sur des échantillons cylindriques de béton, matériau qui simule bien le comportement physico-mécanique de grès poreux. Pour bien distinguer l'influence qu'exerce les pores et les fractures dans cette variation de la pression interstitielle, des essais ont été effectués sur des échantillons intacts ou comportant une fracture inclinée de 30° à 40° par rapport à l'axe de l'échantillon.ududLes résultats obtenus indiquent que la résistance du matériau intact et celle du matériau fracturé obéissent à la loi des contraintes effectives, o1= o-u. Le critère de rupture de Mohr-Coulomb représente bien le comportement à la rupture du matériau intact alors que le modèle LADAR est le meilleur pour modéliser la résistance au cisaillement des fractures. Dans des conditions non-drainées, la pression u induite à la rupture est positive, produisant une diminution de la résistance de ces fractures comparée à un état drainé.ududLa réponse des déformations du matériau intact à l'application progressive d'un déviateur des contraintes, (o1 - o3), indique que le modèle de fracturation fragile de Bieniawski (1967) s'applique au matériau. En ce sens, l'augmentation de (01 - o3) produit initialement une diminution du volume (contractance) qui se poursuit jusqu'à l'étape de propagation instable de la fracturation. Dès cet instant, le volume augmente et cette augmentation se poursuit au-delà de la rupture.ududLa réponse de u à l'augmentation de (o1 - o3) suit l'évolution du volume: u augmente de façon non-linéaire jusqu'à la propagation instable de la fracturation et diminue par la suite jusqu'à devenir nulle. Par contre, lorsque o3 est élevée (13.8 MPa), la diminution de u s'arrête avant que u ne soit nulle. Ce phénomène est interprété comme étant causé par la plasticité du matériau. À cause de l'augmentation de la résistance du système à se fissurer, plus (o'3)0 est élevé, plus w, max est élevée.ududDurant la phase de contractance du matériau (u augmente), la valeur de (o'3)0 a une influence directe sur le taux de variation de u à la suite de l'augmentation de (o1 - o3) (paramètre A de Skempton (1954)). Durant cette phase, la valeur de A varie entre 0.015 et 0.42 et est proportionnelle à la valeur de (a'3)0 qui varie entre 0.43 MPa et 5.65 MPa. Par contre, durant la phase de dilatance (u diminue), le comportement du matériau n'est pas influencé par les conditions de confinement car A évolue de la même façon pour tous les essais et elle atteint un plateau à - 0.3.ududTout comme les échantillons intacts, les échantillons fracturés ont démontré que le comportement de u est intimement lié à celui du volume. L'application d'un déviateur des contraintes produit initialement une phase d'augmentation de u. Celle-ci se produit dans la phase de mobilisation du frottement. Pour des conditions de contraintes semblables, les échantillons fracturés ont induit une pression u légèrement supérieure à celle des échantillons intacts. Cette différence est causée par la fermeture des épontes de la fracture. À la suite de la mobilisation du frottement, la phase de mobilisation de la rugosité marque le début de la diminution progressive de u. Parfois, u se stabilise vers la fin de la phase de destruction de la rugosité, indiquant que la dilatance diminue progressivement dans cette phase.ududTout comme pour les essais intacts, l'augmentation de u est proportionnelle à la valeur de (o'3)0. Par contre, la diminution de u est si variable entre les essais qu'il est impossible d'observer, avec certitude, l'influence qu'exerce (o'3)0. L'augmentation et la diminution de u sont très variables d'une fracture à l'autre, ce qui démontre l'influence qu'exerce la rugosité (différente entre les fractures) sur l'évolution de u.ududL'évolution du paramètre A d'une fracture est variable. Par contre, la valeur maximale atteinte par le paramètre A se situe entre 0.01 et 0.3 et elle est proportionnelle à la valeur de (cj'3)0 qui varie entre 0.3 MPa et 4.06 MPa.ududUne conceptualisation de la trajectoire des contraintes des échantillons intacts et fracturés permet de schématiser l'évolution de la trajectoire pour un environnement non-drainé. Pour les échantillons intacts, le facteur dominant l'évolution de la trajectoire des contraintes est l'état de contrainte initial (o1 et o3). Pour les échantillons fracturés, les facteurs dominant sont la contrainte normale à la fracture et la morphologie, quoique l'influence qu'exerce ce dernier facteur demeure entièrement empirique puisqu'il n'a pu être évalué au cours de cette étude.ud