Boulons d'ancrage instrumentés pour la fiabilité du soutènement dans les galeries minières

Pando Tiokou, Steve Landry (2025). Boulons d'ancrage instrumentés pour la fiabilité du soutènement dans les galeries minières. (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Depositum. https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1688

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Résumé

RÉSUMÉ

Les boulons d'ancrage sont couramment utilisés dans les tunnels et galeries minières pour stabiliser les parois rocheuses. Cependant, leur déformation, souvent induite par les mouvements du sol et la redistribution des contraintes lors des microséismes, peut engendrer des risques économiques et de sécurité importante. Il est donc essentiel de surveiller l’évolution des efforts appliqués aux boulons d’ancrage pour détecter les signes précurseurs d’instabilité et assurer l’efficacité du soutènement. Les méthodes traditionnelles de mesure des charges exercées sur ces dispositifs sont souvent coûteuses et chronophages. L’instrumentation des boulons d’ancrage apparaît alors comme une nouvelle solution qui offre une surveillance en temps réel et une évaluation continue des déplacements du massif rocheux. Cette recherche propose de développer une méthode d’instrumentation des boulons d’ancrage destinée à détecter les signaux précurseurs de défaillance sous différentes sollicitations ainsi que les mouvements du massif rocheux. Trois approches ont été développé. Tout d’abord, une étude analytique basée sur le modèle non linéaire de contrainte/glissement a permis de décrire l’interaction mécanique à l’interface boulon avec le milieu environnant, notamment la résistance résiduelle au cisaillement sur toute la longueur du profil sous charge axiale. Ensuite, une analyse numérique statique et dynamique non linéaire a été réalisée en intégrant les critères de comportement en cisaillement du dispositif, ainsi que l’influence des propriétés mécaniques du matériau environnant. Enfin, un système d’instrumentation est proposé. Il repose sur un ensemble de jauges de contrainte à feuilles résistives, disposées en configuration empilée dans quatre rainures diamétralement opposées le long de la tige, permettant de capter précisément les efforts axiaux et les déformations en cisaillement dans différents scénarios de chargement. La validité et la précision des approches développées sont ensuite évaluées par comparaison avec les données issues de la littérature et des essais expérimentaux. En somme, cette étude met en évidence le potentiel de l’instrumentation pour caractériser avec précision le comportement des boulons d’ancrages et leur interaction avec le milieu environnant sous diverses conditions de charge.

ABSTRACT

Anchor bolts are commonly used in tunnels and mine galleries to stabilise rock walls. However, their deformation, often induced by ground movements and the redistribution of stresses during micro-earthquakes, can lead to major economic and safety risks. It is therefore essential to monitor changes in the forces applied to the anchor bolts to detect early signs of instability and ensure the effectiveness of the support. Traditional methods of measuring the loads exerted on these devices are often costly and time-consuming. The instrumentation of anchor bolts therefore appears to be a new solution that offers real-time monitoring and continuous assessment of rock mass displacements. The aim of this research is to develop an instrumentation method for anchor bolts designed to detect the precursor signals of failure under different stresses as well as the movements of the rock mass. Three approaches have been developed. Firstly, an analytical study based on the non-linear stress-slip model was used to describe the mechanical interaction at the bolt interface with the surrounding environment, particularly the residual shear strength along the entire length of the profile under axial loading. Next, a non-linear static and dynamic numerical analysis was carried out, incorporating the device's shear behaviour criteria, as well as the influence of the mechanical properties of the surrounding material. Finally, an instrumentation system was proposed. It is based on a set of resistive foil strain gauges, arranged in a stacked configuration in four diametrically opposed grooves along the shaft, enabling the axial forces and shear strains to be accurately sensed under different loading scenarios. The validity and accuracy of the approaches developed are then assessed by comparison with data from the literature and experimental tests. In summary, this study highlights the potential of instrumentation to accurately characterize the behaviour of anchor bolts and their interaction with the surrounding environment under various loading scenarios.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur ou directrice de recherche:	Mrad, Hatem
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Ahabchane, Chahid
Mots-clés libres:	Boulons instrumentés, soutènement, mouvements de roches, modèle de liaison-glissement, simulation numériques, instrumented bolts, rock support, rock movements, bond-slip model, numerical simulations
Divisions:	Génie > Maîtrise en ingénierie
Date de dépôt:	28 mai 2025 14:32
Dernière modification:	28 mai 2025 14:33
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1688

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