Mécanique granulaire pour la géotechnique minière

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Enrochements, roches stériles et matériaux granulaires grossiers

Les matériaux granulaires grossiers sont fréquemment utilisés dans les travaux de génie civil, tels que les barrages d'enrochement, le ballast ferroviaire, les stériles miniers, entre autres. Cependant, tester leurs propriétés mécaniques nécessite des tests à grande échelle qui s'avèrent laborieux et coûteux. Par conséquent, les praticiens adoptent fréquemment des paramètres de conception basés sur un nombre limité de rapports avec des résultats expérimentaux.

Nous avons travaillé sur des méthodologies de tests de grande taille au laboratoire et in-situ pour les matériaux grossiers, dans le but d'évaluer les effets d'échelle d'élargir la base de données et de développer des lois d'échelle pour les tests sur des échantillons de taille réduite.

SOURCES DE FINANCEMENT :

  • NSERC, Canada. "Multi-scale testing and modeling particle size effects on primary and secondary compressibility of crushable granular materials".
  • FRQNT, Quebec, Canada. « Développement de critères hydrogéotechniques et opérationnels pour améliorer la stabilité à long terme des haldes de roches stériles et des ouvrages miniers mettant en valeur les stériles ».
  • Institut de recherche en mines et environnement (IRME) UQAT-Polytechnique.

publications associées :

  • Girumugisha, Ovalle, Ouellet (2024). Sample Size Effect on Shear Strength of Mine Waste Rock Material Using the Scalping Method. Geo-Congress 2024, Vancouver, Canada, February 25-28, 2024.
  • Ovalle, Girumugisha, Cantor, Ouellet (2023): Size effects on critical shear strength of mine waste rock material. 3dr International Slope Stability in Mining Conference 14-16 November 2023, Perth, Australia (https://doi.org/10.36487/ACG_repo/2335_16).
  • Majdanishabestari, Girumugisha, et al. (2022). Slope stability and safety distance for mine waste rock piles built by end/push dumping. GeoCalgary 2022
  • Aubertin, Maknoon, Ovalle (2021): Waste rock pile design considerations to promote geotechnical and geochemical stability. Canadian Geotechnique 2(3), pp. 44-47
  • Ovalle, Linero et al. (2020): Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 146(9): 06020013 (https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0002314)
  • Ovalle & Dano (2020). Géotechnique Letters 10(2), pp. 191-197 (https://doi.org/10.1680/jgele.19.00095)
  • Ovalle et al. (2014). Acta Mechanica 225: 2199–2216 (https://doi.org/10.1007/s00707-014-1127-z)
 
Approches multi-échelles: DEM et méthodes analytiques

 


Les roches stériles minières et les matériaux d'enrochement de barrages ont généralement une large distribution granulométrique, avec une grande variété de formes angulaires de particules, et contenant des clastes très grossiers qui pourraient facilement atteindre plus de 1 m de grandeur. Les techniques de mise à l'échelle réduite pour les essais mécaniques sur ces matériaux grossiers nécessitent de modifier la granulométrie, en réduisant la taille maximale des particules pour pouvoir adapter un échantillon dans un dispositif de laboratoire.

Afin de proposer des lois d'échelle pour les matériaux grossiers, nous concentrons nos analyses sur les sources micro-structurelles des mécanismes régissant la réponse des milieux granulaires, en utilisant une modélisation discrète et des méthodes analytiques multi-échelles basées sur les caractéristiques des agrégats de roche.

Funding SOURCES

  • FRQNT, Canada. « Développement de critères hydrogéotechniques et opérationnels pour améliorer la stabilité à long terme des haldes de roches stériles et des ouvrages miniers mettant en valeur les stériles ».
  • Compute Canada. "DEM virtual laboratory for geomaterials and environment".
  • Institut de recherche en mines et environnement (IRME) UQAT-Polytechnique.
  • NSERC, Canada. "Multi-scale testing and modeling particle size effects on primary and secondary compressibility of crushable granular materials".

publications associées :

  • Cardenas-Barrantes, Ovalle (2025) Computers and Geotechnics (DOI: 10.1016/j.compgeo.2025.107191)

  • Cardenas-Barrantes, Ovalle (2025) Powder Technology (DOI: 10.1016/j.powtec.2025.120974)

  • Carrasco, Cantor, Ovalle, Dubois (2025) Computers and Geotechnics (DOI: 10.1016/j.compgeo.2024.106896)

  • Quiroz-Rojo, Cantor, Renouf, Ovalle, Azéma (2024) Acta Geotechnica (DOI: 10.1007/s11440-024-02498-3)

  • Azéma, Ovalle (2024) Physical Review Research (DOI: 10.1103/PhysRevResearch.6.L022008)

  • Carrasco, Cantor, Quiroz, Ovalle (2023)Open Geomechanics 4(1) (DOI: 10.5802/ogeo.15)

  • Cantor, Ovalle (2023)Géotechnique (DOI: 10.1680/jgeot.23.00032)

  • Cantor, Ovalle & Azéma (2022) IJSS 238, 111399

  • Cantor & Ovalle (2022) Computers and Geotechnics, 141, 104550

  • Carrasco, Cantor & Ovalle (2022)IJNAMG (DOI: 10.1002/nag.3329)

  • Huillca et al. (2020). Acta Geotechnica (DOI: 10.1007/s11440-020-01054-z)

  • Ovalle & Dano (2020). Géotechnique Letters 10(2): 191-197 (DOI: 10.1680/jgele.19.00095)

  • Ovalle et al. (2016). IJNAMG 40(17): 2383-2397 (DOI: 10.1002/nag.2534)

 

Dégradation hydromécanique des géomatériaux

La dégradation mécanique due à la fragmentation des grains peut être trouvée dans plusieurs problèmes de géo-ingénierie et géologiques, tels que les barrages en enrochement, les décharges de déchets miniers, la pénétration de pieux dans les sables, la déformation des failles géologiques, l'affaissement de dépôts de roches fracturées, etc.

Nous étudions ce sujet en travaillant sur des tests expérimentaux, des simulations numériques discrètes et la modélisation constitutive. Une approche multi-échelles nous permet de considérer les effets des caractéristiques des grains (corrélations taille-forme-résistance des particules) et les propriétés d'état comme l'humidité et son influence sur le processus de fissuration par corrosion sous contrainte (Stress Corrosion Cracking) provoquant des événements retardés de fragmentation des particules et de déformation par fluage.

SOURCES DE FINANCEMENT :

  • FONDECYT - Conicyt, Chile
  • NSERC, Canada. "Multi-scale testing and modeling particle size effects on primary and secondary compressibility of crushable granular materials"

publications associées :

  • Osses, Pineda, Ovalle, Linero, Sáez (2024) Engineering Geology (DOI: 10.1016/j.enggeo.2024.107668)
  • Osses, Majdanishabestari, Ovalle, Pineda (2021). Soils and Foundations (DOI: 10.1016/j.sandf.2021.09.006)
  • Ovalle & Hicher (2020). Geosciences Frontiers 11(2):487-494 (DOI: 10.​1016/​j.​gsf.​2019.​06.​009)
  • Osses et al. (2019). Geo St. John's 2019, September 29 to October 2, 2019
  • Osses et al. (2019). Japanese Geotechnical Society Special Publication 7(2): 335-339 (DOI: 10.3208/jgssp.v07.054)
  • Ovalle (2018): Géotechnique Letters 8(2):161-164 (DOI: 10.1680/jgele.18.00047)
        
Ségrégation et stratification dans les haldes à stériles

La ségrégation et la stratification posent des défis pour la conception des haldes de stériles miniers. L'hétérogénéité des matériaux versés pourrait induire le développement potentiel de couches faibles ou de chemins de drainage préférentiels qui pourraient affecter la restauration et le contrôle du drainage minier acide.

De nombreux tests physiques ont été rapportés dans la littérature, cependant, il manque encore un modèle de DEM précis pour prédire la ségrégation et la stratification. Dans le but d'étudier la physique du phénomène, nous effectuons des simulations DEM 2D et 3D versant des échantillons de grains dispersés en taille et en forme pour former des dépôts granulaires.

SOURCES DE FINANCEMENT :

  • FRQNT, Quebec, Canada. « Développement de critères hydrogéotechniques et opérationnels pour améliorer la stabilité à long terme des haldes de roches stériles et des ouvrages miniers mettant en valeur les stériles ».
  • Compute Canada. "DEM virtual laboratory for geomaterials and environment".
  • Institut de recherche en mines et environnement (IRME) UQAT-Polytechnique.

PUBLICATIONS ASSOCIÉES :

  • Vuilloz, Cantor, Ovalle (2021): Segregation and stratification in pouring heaps of bi-dispersed mixtures of rounded particles. Powders & Grains 2021, Buenos Aires, Argentina.
Résidus miniers et co-disposition

Nous travaillons sur la caractérisation géotechnique des résidus miniers et des méthodes de co-disposition des roches stériles avec des résidus, y compris les propriétés de consolidation, la liquéfaction statique, le comportement cyclique et dynamique.

SOURCES DE FINANCEMENT :

  • Mitacs (Canada), SRK Consulting Vancouver, Minera Penoles (Mexico). "A multi-scale approach to study the effect of fines content and particle shape on static liquefaction potential of loose mine tailings".
  • Mitacs, Mine Canadian Malartic. "Hydrogeotechnical behaviour and physical stability of the co-placement of waste rock and mine tailings in Canadian Malartic open pit".
  • Institut de recherche en mines et environnement (IRME) UQAT-Polytechnique.
  • NSERC, Canada. "Multi-scale testing and modeling particle size effects on primary and secondary compressibility of crushable granular materials".

PUBLICATIONS ASSOCIÉES :

  • Behlke, F., Ovalle, C., Ouellet, S., Li, L. (2025): Évaluation de la migration des résidus et du comportement hydrogéologique du remblayage par co-déposition dans la fosse de la mine Canadian Malartic. Symposium Mines et environnement 2025, Rouyn-Noranda, Québec, Canada, 8-11 juin 2025.
  • Behlke, F., Ovalle, C., Li, L. (2024): Experimental investigation of drainage and consolidation of tailings slurry in a co-disposal structure. Annual conference of the Canadian Geotechnical Society, GeoMontréal 2024, September 15-18, Montreal, Canada.
  • Garcia-Torres, Behlke, Ovalle, Ouellet (2023): Effect of tailings migration on hydraulic conductivity of mine waste rock. Annual conference of the Canadian Geotechnical Society, Geosaskatoon 2023, October 1-4.
  • Ouellet, Chapuis & Ovalle (2021) : Le projet de co-déposition dans la fosse Canadian Malartic. Symposium Rouyn-Noranda 2021 sur l’environnement et les mines (UQAT)
  • Reid et al. (2020): Results of a critical state line testing round robin program. Géotechnique (DOI: 10.1680/jgeot.19.P.373)
  • Edwards et al. (2018) Exposure of Chilean Tailings to Earthquake Hazards from Potentially Seismogenic Crustal Faults. 2018 Seismology of the Americas Meeting, Miami, Florida. SRL 89(2B): 826
  • Urbano et al. (2017): Monotonic and cyclic behavior of thickened copper tailings. 19th ICSMGE), Seoul, Republic of Korea.
  • Urbano et al. (2017): Numerical Modeling of the Monotonic Performance and Cyclic of Thickened Tailings in A Wide Range of Deformation. Tailings 2017, 4th International Seminar on Tailings Management, Santiago, Chile