Etude expérimentale sur les proportions raisonnables de roche

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9288 (2023) Citer cet article

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La détérioration de la résistance de la masse rocheuse induite par l’eau est un facteur crucial d’instabilité des pentes rocheuses. Pour mieux montrer le processus de dégradation de l'interaction eau-roche des pentes rocheuses, nous avons utilisé la bentonite comme régulateur sensible à l'eau pour construire un nouveau matériau semblable à une roche qui correspond aux caractéristiques de dégradation de résistance induite par l'eau, basée sur les matériaux liés ciment-gypse. Vingt-cinq schémas de proportion de mélange de matériaux ont été conçus en utilisant la méthode de conception orthogonale en considérant quatre facteurs avec cinq niveaux variables, et diverses expériences ont été menées pour obtenir des paramètres physico-mécaniques. De plus, un groupe de proportions de matériaux ressemblant à des roches a été sélectionné et appliqué au test sur modèle physique à grande échelle. Les résultats de l'expérience révèlent que : (1) le mode de rupture de ce matériau semblable à une roche est très similaire à celui des masses rocheuses naturelles, et les paramètres physico-mécaniques varient dans une large gamme ; (2) La teneur en bentonite a une influence significative sur la densité, le module élastique et la résistance à la traction des matériaux rocheux ; (3) Il est possible d'obtenir l'équation de régression basée sur l'analyse de régression linéaire pour déterminer la proportion de matériaux ressemblant à des roches ; (4) Grâce à son application, le nouveau matériau semblable à une roche peut simuler ou révéler efficacement le mécanisme de démarrage et les caractéristiques d'instabilité des pentes rocheuses soumises à une dégradation induite par l'eau. Ces études peuvent servir de guide pour la fabrication de matériaux de type roche dans les autres tests sur modèles.

L'instabilité des pentes entraîne souvent d'énormes pertes économiques et des pertes humaines, de sorte que le mécanisme de l'instabilité des pentes a toujours été une question frontière dans la recherche internationale en géologie technique1,2. Les effets d’affaiblissement provoqués par l’interaction eau-roche ont un impact significatif sur la stabilité des pentes rocheuses3,4. De nombreuses études techniques ont montré que l’instabilité des pentes est généralement observée pendant la saison des pluies5,6,7. Les glissements de terrain rocheux à grande échelle sont généralement difficiles à examiner en raison de leur structure complexe, de leur forte soudaineté et de leur forte dissimulation8,9. Le test sur modèle physique peut révéler efficacement les lois de déformation et d'évolution des masses rocheuses dans des conditions géologiques complexes en ingénierie des roches, ce qui présente les avantages d'une opérabilité élevée, d'un cycle court et de résultats intuitifs10,11,12,13. Étant donné que les matériaux et la quantité de mélange ont un impact significatif sur les propriétés du modèle physique, une sélection scientifique et acceptable de matériaux similaires est la condition préalable au test sur modèle14,15.

Depuis le développement des tests sur modèles physiques, de nombreuses études ont été entreprises sur la proportion de matériaux rocheux. De nombreuses recherches préliminaires ont été menées pour découvrir les principes fondamentaux de sélection et de mélange de matériaux rocheux16,17,18. Par la suite, un nombre croissant de matériaux ont été utilisés pour imiter différents types de roches, qui pourraient être classées en trois groupes : les roches dures, les roches tendres et les matériaux de couplage fluide-solide. Les propriétés physico-mécaniques, notamment la résistance et la fragilité, sont les principaux indicateurs de ressemblance entre les matériaux de type roche dure. Le matériau lié ciment-gypse est le plus couramment utilisé pour simuler la roche dure, et ses comportements mécaniques sont cohérents avec ceux de la masse rocheuse naturelle. Cependant, sa période de durcissement est plus longue19,20,21. La création de matériaux de type colophane et alcool a considérablement réduit le temps de durcissement des matériaux de type roche, et ces matériaux présentent également un poids volumétrique élevé, un faible module élastique et des performances stables. Cependant, sa fragilité sera réduite du même coup22,23,24. Pour les matériaux de type roche tendre, son effet adoucissant doit être pris en compte pour améliorer la validité des essais sur modèle25,26,27. Le matériau rocheux mentionné ci-dessus a considérablement enrichi la recherche sur les matériaux rocheux et a jeté les bases des futures recherches sur les tests sur modèles.