Etude de l'évolution des dommages internes dans les gneiss en tenant compte de l'adoucissement de l'eau

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12672 (2023) Citer cet article

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Dans les tunnels en roche tendre, il y a souvent des déformations importantes pendant la construction, notamment lorsque les eaux souterraines s'infiltrent et ramollissent la roche environnante. Afin d'étudier l'effet adoucissant de l'immersion dans l'eau sur la résistance et la stabilité de la roche environnante, 15 échantillons de roche ont été sélectionnés pour des tests physiques et mécaniques dans 5 conditions : état naturel et immersion libre pendant 1, 3, 6 et 9 mois, et la technologie de résonance magnétique nucléaire (RMN) ont également été adoptées pour tester la structure interne des pores d'échantillons avec différentes durées d'immersion, ainsi les caractéristiques de la microstructure du gneiss, telles que la distribution du spectre T2 du temps de relaxation RMN, la porosité et le rapport de volume des pores de différentes tailles de pores sous adoucissement de l’eau ont ensuite été obtenues. Les résultats de RMN montrent que plus la durée d'immersion libre de l'échantillon de roche est longue, plus la porosité est grande ; dans le même temps, le nombre de micropores dans la roche diminue progressivement sous l'interaction de l'eau et de la roche, et les mésopores augmentent légèrement d'abord puis diminuent tout le temps. Le nombre de macropores augmente progressivement. Lorsque la durée d'immersion est de 6 mois, le nombre de macropores commence à augmenter de manière significative et les propriétés mécaniques des échantillons commencent à diminuer de manière significative. Au bout de 9 mois, la proportion de macropores dans la roche atteint 57,6 %. Les résultats ont montré que la croissance du nombre de macropores est à l’origine de la défaillance macroscopique de l’échantillon de roche. Les résultats de l'étude sont importants pour la construction sur site dans des zones riches en eau.

Dans les conditions naturelles particulières des zones riches en eau, les travaux d'ingénierie géotechnique seront inévitablement affectés par les eaux souterraines. Comparée à d'autres roches, la roche tendre présente les caractéristiques d'une structure brisée et d'une expansibilité élevée, et l'immersion prolongée dans l'eau entraînera une diminution de la capacité portante et une diminution évidente de la résistance en termes de propriétés mécaniques1, tandis que les dommages internes se manifestent par le changement continu de la structure complexe des pores existait dans la roche au cours du processus d'adoucissement de l'eau, ce qui détermine les propriétés mécaniques et les caractéristiques de fracture du macroscopique de la roche2. Par conséquent, si les caractéristiques des dommages internes des roches molles soumises à un ramollissement par immersion peuvent être saisies avec précision, il sera d’une grande importance d’analyser la déformation et la rupture des roches tendres.

Actuellement, de nombreux chercheurs nationaux et étrangers ont mené de nombreuses expériences et études théoriques sur l'impact de l'effet adoucissant par immersion dans l'eau sur les propriétés et les dommages internes de la roche. Concernant l'impact sur les propriétés mécaniques, Hashiba et al. a effectué des essais de compression et de traction pour déterminer si la déformation et la rupture de l'andésite de montagne peuvent être influencées par la saturation en eau. Les résultats montrent que la résistance à la compression et à la traction des roches diminue linéairement avec le logarithme de la saturation en eau3. Hasan et coll. a utilisé la méthode du calibre saturé pour mener des expériences d'interaction eau-roche et a exploré comment l'eau affecte le mécanisme de résistance du granit sous différents degrés d'altération. Les résultats montrent que lorsque de l’eau existe dans la microstructure rocheuse, des processus de mouillage et de séchage se produisent. Au cours de ce processus, de nombreux micropores sont générés, ce qui entraîne un affaiblissement de la structure et de la résistance de la roche4. Pour étudier comment les propriétés physiques et mécaniques du grès changent sous l'influence de l'eau, Zhou et al. utilisé des tests de compression uniaxiale pour étudier des grès avec différentes teneurs en humidité. Il montre que la résistance à la compression uniaxiale et le module élastique du grès sont inversement proportionnels à la teneur en humidité, ce qui signifie que la présence d'eau ramollira la roche et affaiblira les propriétés mécaniques5. Pour découvrir l'ensemble du processus et du mécanisme d'altération et de destruction des grottes de Longyou par le changement de l'environnement aquatique, Shao et al. effectué des tests de propriétés mécaniques et d'ondes élastiques du grès dans différentes conditions aquifères. Les résultats de la recherche montrent qu’avec l’augmentation de la teneur en humidité, les caractéristiques d’adoucissement sous contrainte s’affaiblissent, tandis que la résistance maximale et le module d’élasticité diminuent de façon exponentielle6. Considérant que la présence d’eau entraînera un changement progressif de la température interne de la roche, ce qui affectera davantage ses propriétés mécaniques, Yu et al. effectué plusieurs cycles de refroidissement et de chauffage sur le granit et mené des expériences mécaniques statiques, le test montre qu'avec le test effectué en plusieurs cycles dans des conditions froides et chaudes, la résistance du granit diminue considérablement7. Rabat et al. a évalué l'effet de l'eau sur les résistances à la compression maximales et résiduelles et sur le module de traction tangent des matériaux à différentes pressions de confinement par des essais de compression triaxiale, et a constaté que dans différentes conditions de pression de confinement, l'eau ferait en sorte que la résistance et le module de traction de l'échantillon de roche testé diminuer considérablement8. Verstrynge et coll. a étudié l'impact de l'humidité sur la forme de dommage du grès ferreux sous les aspects microscopiques et macroscopiques, et l'analyse expérimentale a été réalisée à différents niveaux. Il a été constaté que la résistance et la rigidité du grès ferreux de qualité inférieure diminuaient de manière plus évidente9. Dans l'essai de fluage avec contrôle des émissions acoustiques, l'adsorption de l'eau par le grès a modifié le comportement de l'éprouvette, passant d'une rupture de fluage métastable à une rupture accélérée. Explorer le mécanisme d'action de l'eau sur la force de l'olivine et les changements structurels internes. Tielke et coll. a mené deux tests de déformation sur l'olivine soumise dans des conditions anhydres et hydratées, et a constaté que le cristal serait hydrolysé et affaibli, et que sa résistance serait considérablement réduite10.