Design of Barricades Made of Waste Rocks for Backfilled Stopes

Les quantités massives de solides produits par les mines en formes de stériles et de résidus miniers sont déposées à la surface. Ces rejets miniers peuvent constituer la source d'aléas géotechniques et de problèmes environnementaux (drainage minier acide, drainage neutre contaminé). Pour minimiser les problèmes environnementaux et géotechniques, le remblayage des chantiers souterrains avec des rejets miniers est devenu une pratique populaire et largement adopté dans les mines modernes en souterrain. Une principale préoccupation correspondante est de savoir si les barricades ont une capacité suffisante pour retenir la boue de remblai fraîchement déversée dans les chantiers. La capacité (résistance) d'une barricade dépend de sa géométrie et du type de matériau. Au Canada, l'utilisation des roches stériles pour la construction des barricades est devenue populaire. Des solutions analytiques ont été proposées par Li et collaborateur pour dimensionner les barricades faites de roches stériles. Les solutions analytiques ont été calibrées ou validées par des résultats numériques obtenus avec des modèles bi- dimensionnels. De plus, aucune solution n'est disponible pour la conception de béton projeté appliqué sur les barricades en roches stériles. L'objectif de cette thèse est de développer des solutions analytiques pour la conception des barricades en roches stériles avec ou sans béton projeté. Pour atteindre cet objectif, un outil numérique 3D est nécessaire. FLAC3D a été choisi pour sa disponibilité et son vaste application en géotechnique. Sa validité et son applicabilité ont été d'abord testées contre des solutions analytiques, développées pour estimer le débit d'eau à travers une digue en forme trapézoïdale. Ces travaux ont permis de montrer que seulement la solution analytique généralisée en 3D à partir de la théorie de Dupuit est capable de prédire correctement le débit d'eau. Plus de comparaisons montrent cependant que la solution généralisée en 3D de Dupuit ne permet de calculer correctement le débit d'eau lorsque la nappe d'eau en aval devient importante. Plus d'analyses ont permis de dévoiler que le modèle de Dupuit contient deux hypothèses non-représentatives, une sur la distance d'écoulement et l'autre sur l'aire transversale d'écoulement. La solution proposée basée sur la solution de Dupuit est modifiée en ajoutant deux coefficients d'étalonnage, un pour la longueur du trajet d'écoulement et un autre pour la section transversale d'écoulement moyenne. Les deux coefficients sont calibrés par quelques résultats numériques avec FLAC3D pour un cas particulier. La solution analytique proposée et calibrée est ensuite validée par des résultats de modélisation numérique supplémentaires avec différents cas. Les solutions numériques et analytiques sont ensuite validées par des résultats expérimentaux obtenus par des essais d'infiltration effectués en laboratoire. La réalisation de ces travaux a finalement mené à la naissance d'une solution améliorée pour estimer le débit d'eau à travers une digue en remblai rocheux et à la validation du modèle numérique de FLAC3D. Le logiciel FLAC3D peut être utilisé pour analyser la stabilité des barricades construites de roches stériles avec ou sans béton projeté. Une nouvelle solution analytique a été d'abord proposée pour estimer la cohésion de béton projeté requise avec une géométrie donnée ou pour estimer l'épaisseur du béton projeté requise avec un matériau de béton projeté donné. Les matériaux sont considérés comme élasto-plastiques obéissant au critère de Mohr-Coulomb. Un critère d'instabilité structurale, basé sur la première occurrence parmi les sauts de déplacement au sommet de la barricade ou la fusion des zones de plasticité, est introduit pour aider à juger d'une façon plus objective le début de l'instabilité d'une structure de barricade en roches stériles avec du béton projeté. La solution analytique proposée est d'abord calibrée par quelques résultats numériques. La capacité de prédiction de la solution analytique proposée a été vérifiée à l'aide des résultats numériques supplémentaires. Lors de la réalisation des travaux précédents, on a constaté que le plan de glissement dans les modèles numériques est toujours incliné alors que les solutions analytiques proposées ont été établies en supposant un plan de glissement horizontal. En plus, la solution analytique de Yang et al. (2017) développée pour dimensionner des barricades construites en roches stériles a été seulement validée partiellement par des résultats numériques obtenus avec FLAC2D. Une mise à jour de la solution de Yang et al. (2017) est nécessaire en considérant un plan de glissement incliné, validée par des modélisations numériques tridimensionnelles. Le coefficient de pression des terres pour la stabilité globale et la stabilité locale est modifié en considérant sa définition donnée dans le modèle de Yang et al. (2017). Ces modifications améliorent considérablement la solution car la solution proposée ne contient aucun coefficient de calibration empirique. La validité de la solution proposée est testée par des modélisations numériques avec FLAC3D. De nouveau, la première occurrence parmi les sauts de déplacement ou la fusion des zones de plasticité passant à travers la structure d'une barricade en roches stériles est utilisée comme le critère d'instabilité plus objectif pour estimer la longueur minimale requise d'une barricade en roches stériles. La solution proposée est ensuite validée contre des résultats expérimentaux disponibles dans la littérature.