Abstract

Physical properties of in situ rock mass are usually estimated from results obtained through laboratory tests on intact rock samples because the access to in situ rock may be quite challenging. This approach however raises some questions concerning the number of samples needed for reliable result, the validity of the extrapolation of the parameters from centimetre scale to a large rock mass and finally the effect of discontinuities contained in the rock mass.

An underground quarry in Bougival with easy access to metre-scale pillars and the possibility to collect large number of samples has been chosen to analyse the scale effect and the anisotropy of the Campanian chalk. Different experiments have been designed to determine the dynamic elastic properties (Young’s modulus and Poisson’s ratio) based on geophysical approaches: ultrasonic measurements on laboratory samples, and “hammer” seismic measurements in situ. The static Young’s modulus and Poisson’s ratio have been determined through uniaxial compression tests on centimetre core samples.

Pillars with and without visible discontinuities, as well as with various overburden rock thicknesses, have been chosen in order to analyse the possible impact of different heterogeneities on the elastic properties. Core samples of intact chalk, with 40mm to 100mm diameters, have been studied in laboratory. The high dispersion observed on the different results suggests that if only a few tests are analysed, the conclusions may not be representative. A statistical approach is more appropriate to analyse the mechanical properties of the chalk. The dynamic Young’s Modulus and Poisson’s ratio calculated from laboratory samples (centimetres) and in situ rocks (about ten metres) do not reveal any clear impact of size on these elastic properties. The presence of discontinuities has a major impact on both the dynamic Young’s modulus and Poisson’s ratio. Decreasing values of these properties have been observed where discontinuities (fractures, flints) have been detected. Finally, the overburden rock thickness above the underground quarries (from 14m to 50m) seems to have no effect on the mechanical properties; the uncertainty of the measurements, partly due to the heterogeneity of the chalk mass, is likely to be more important than the effect of load on the pillars.

Abstract

En raison des difficultés de caractérisation in situ des propriétés physiques d’une masse rocheuse, celles-ci sont généralement estimées à partir de tests en laboratoire sur des échantillons de roche intacte, ce qui soulève certaines questions au sujet du nombre d’échantillons nécessaires pour être représentatif, de la validité de l’extrapolation des résultats obtenus sur des échantillons centimétriques à un massif rocheux, et enfin de l’effet des discontinuités contenues dans le massif rocheux. Une carrière souterraine à Bougival offrant un accès aisé à des piliers de taille plurimétrique et la possibilité d’y collecter un grand nombre d’échantillons, a été choisie pour l’analyse de l’effet d’échelle et de l’anisotropie de la craie du Campanien. Différentes expériences ont été conçues pour déterminer les propriétés élastiques dynamiques (module de Young et coefficient de Poisson), fondées sur des approches géophysiques: mesures ultrasoniques sur les échantillons en laboratoire, et mesures de « sismique-marteau » in situ. Le module de Young et le coefficient de Poisson statiques ont été déterminés par des essais de compression simple. Des piliers, avec et sans discontinuités visibles, ainsi que supportant différentes épaisseurs de recouvrement rocheux, ont été choisis afin d’analyser l’impact possible sur les propriétés élastiques. Des carottes de craie intacte, de 40 mm et 100 mm de diamètre, ont été étudiées en laboratoire. La forte dispersion observée sur les différents résultats suggère que si l’analyse porte sur un petit nombre d’échantillons, les conclusions peuvent ne pas être représentatives. Une approche statistique est plus appropriée pour analyser les propriétés mécaniques de la craie. Le module de Young dynamique et le coefficient de Poisson calculés à partir d’échantillons de laboratoire (centimétriques) et dans la roche en place (plurimétriques) ne révèlent pas clairement un effet d’échelle.

La présence de discontinuités a un impact majeur tant sur le module de Young dynamique que sur le coefficient de Poisson. Des valeurs décroissantes de ces propriétés ont été observés là où des discontinuités (fractures, silex) ont été détectés. Enfin, l’épaisseur du recouvrement au-dessus des carrières souterraines (de 14 m à 50 m) semble n’avoir au-cun effet sur les propriétés mécaniques; l’incertitude des mesures, en partie en raison de l’hétérogénéité de la masse de la craie, est plus importante que l’effet de charge sur les piliers.

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