Ces phénomènes peuvent conduire à des ruptures de flancs et à des éjections violentes de roches. L’apparition persistante de coups de toit constitue un défi pour la sécurité de la construction des projets d’ingénierie en roche profonde. Par conséquent, il est urgent d’étudier le coup de toit des parois latérales du tunnel en forme de D provoqué par la charge d’impact.

Dans une étude récemment publiée dans la revue Rock Mechanics Bulletin , une équipe de scientifiques de l'Université du Sud-Est en Chine et de l'Université d'Oulu en Finlande a mené une étude systématique sur les coups de toit des parois latérales d'un tunnel en forme de D sous une charge d'impact. Leur objectif était de révéler les processus de coups de toit pertinents, leurs caractéristiques et leurs mécanismes de déclenchement.

"Nous avons développé une capacité expérimentale pour étudier le coup de toit des parois latérales du tunnel bidimensionnel en forme de D hautement sollicité sous une charge d'impact en utilisant le système de barre de pression biaxiale de Hopkinson", explique Wuxing Wu, auteur principal de l'étude.

"Plus précisément, nous nous sommes concentrés sur le processus de coup de toit des parois latérales d'un spécimen en forme de D pendant le processus de chargement par impact, en examinant les caractéristiques de rupture, le champ de déformation et les caractéristiques de déformation par déplacement de la roche environnante sous différentes précontraintes horizontales"

L'équipe a découvert que le processus de rupture des parois latérales d'un spécimen en forme de D restait le même, bien que soumis à des contraintes statiques bidimensionnelles différentes, impliquant à la fois une rupture par traction et par cisaillement par traction.

Cependant, le volume de la zone de rupture en forme de V, la plage de concentration de déformation affectée ainsi que la gravité du coup de toit ont diminué avec l'augmentation de la précontrainte horizontale.

"Ces résultats suggèrent que l'éclatement de la paroi latérale de l'échantillon de trou en forme de D fortement sollicité sous une charge d'impact résulte de l'interaction entre la contrainte statique et la charge d'impact", explique Fengqiang Gong, auteur correspondant de l'étude.

"Les précontraintes statiques ont établi la répartition initiale des contraintes et des déformations, tandis que la précontrainte horizontale a influencé la plage affectée et les valeurs de déformation de la zone de concentration de déformation."

Notamment, la charge d'impact a perturbé l'équilibre des contraintes d'origine, entraînant des modifications de la contrainte et de la déformation de la roche environnante, déclenchant finalement des coups de toit.

L’équipe prévoit que leurs dernières découvertes attireront davantage d’attention dans le domaine des catastrophes liées aux coups de toit dans les tunnels profonds. Surtout, ils espèrent que leurs résultats offriront des informations précieuses sur la compréhension et la prévention des coups de toit.