Change of physico-mechanical properties and deformation of clay rocks as a result of deep water lowering

Résumé

L’auteur étudie le phénomène de contraction des roches dû à la baisse des eaux profondes lors de l’avancement de travaux souterrains. Le pronostic de ce phénomène est nécessaire à la prévention de la déformation des boisages; il est basé sur les calculs préliminaires de deux phases de consolidations.

Lorsque la phase de consolidation par filtration est négligeable, la théorie et les tests de contraction au laboratoire donnent des résultats sérieux.

Les calculs effectués pour le gisement de fer de Belozersk ont montré que la subsidence totale prévue d’une masse rocheuse marno-crayeuse est de l’ordre de 3 m.

Les mesures de subsidence de la masse rocheuse faites par le VNIMI montrent qu’on peut se fier à la méthode de pronostic. Il est très difficile d’évaluer la contraction lors de la phase de consolidation par filtration, non seulement parce que la faible perméabilité (absolue) des roches dépend essentiellement de la pression hydrostatique, mais aussi parce qu’il faut déterminer le gradient initial de filtration.

Pour les roches argileuses denses, la valeur du gradient initial est de quelques dizaines, ce que confirment les observations faites par le VNIMI au moyen de repères profonds. On recommande d’abaisser expérimentalement le niveau de l’eau pour déterminer sérieusement les paramètres de consolidation par filtration.

Les calculs de bilans ont montré que l’eau qui, venant de roches semi-perméables compactées, pénètre dans un horizon aquifère, peut, dans certains cas influencer sérieusement le régime de filtration des structures.

Le phénomène étudié montre que les questions relatives à la géologie de l’ingénieur et à l’hydrogéologie devraient être étudiées sur une base méthodologique commune (hydrogéomécanique).

Summary

The rock contraction phenomenon due to deep water lowering in driving workings is discussed. To prevent the deformation of working supports, the prognosis of this phenomenon is necessary. It is based on preliminary calculations of two consolidation stages.

The theory of hereditary creep combined with contraction tests in laboratory gives reliable results when filtration stage of consolidation bis negligible.

Calculations done of Belozersk iron ore deposit have shown that predicted total subsidence of marly-chalky rock mass is something about 3 m.

The instrument observations of rock mass subsidence carried out in VNIMI prove the reliability of prognosis. It is very difficult to estimate the contraction in the filtration stage of consolidation, not only because small (absolute) rock permeability depends essentially on hydrostatic pressure, but also because the initial filtration gradient is needed to determine.

For dense clay rocks the initial gradient is some dozens, as confirmed by VNIMI observations through deep seated benchmarks. It is recommended to carry out experimental water lowering for determining reliable parameters of filtration consolidation.

Balance calculations have shown that water inflowing a water-bearing horizon from contracted adjacent semi-permeable rocks can, in some cases, influence seriously upon the filtration regime of structures.

The phenomenon discussed proves that the related questions in engineering geology and hydrogeology should be studied on the common methodological (hydrogeomechanical) basis.