In deep hard rock mines where high stress conditions take place, rockbursts are serious problems because rockbursts could result in severe damage to mine openings. It is widely recognized that mining activities could reactivate faults in underground mines. The reactivation of faults could then cause fault-slip. More importantly, fault-slip gives rise to seismic waves, which inflict severe damage to mine openings. Because the generation and propagation of seismic waves are dynamic phenomena, fault-slip needs to be also dealt with as a dynamic phenomenon. Both of the static and dynamic behaviour of faults should be examined, considering the effects of mining activities on the faults, in order to estimate the damage induced by the seismic waves First, a literature review is conducted. The review has revealed that although a number of dynamic and static friction laws have been proposed, the friction laws have been rarely employed for the simulation of fault-slip in underground mines. The review has also revealed that most of the simulations have been conducted in static conditions. In this thesis, dynamic modelling of mining-induced fault-slip is presented using a mine-wide model encompassing a fault. Furthermore, a case study of Garson Mine, Sudbury, Canada is carried out. A parametrical study with a mine-wide 3D model has led to the following conclusions: (a) mining depth, friction angle of the fault, and fault locations exert a large influence on the maximum relative shear displacements on the fault, while the dilation angle and stiffness of the fault do not, (b) maximum slip rates appear to increase with the maximum slip. Results obtained from the numerical analysis employing Barton's shear strength model have shown that fault surface roughness strongly affects the intensity of seismic waves and seismically radiated energy. The results imply that fault-slip occurring on faults with rough surfaces could become more violent. The effect of stope production blasts on a nearby fault is also examined. The results obtained from the analysis have indicated that performing stope production blasts in timed sequence could induce a larger seismic event on the fault than triggering the blasts simultaneously. Dynamic analysis considering the collision and unloading of fault surface asperities is also conducted. It is found that the release of normal stress due to fault unloading has a large influence on the intensity of seismic waves. The effect of slip-weakening distance on seismic source parameters of fault-slip is also investigated. The study has indicated that slip rates and seismically radiated energy are significantly affected by the slip-weakening distance, while seismic moment appears not to be susceptible to the slip-weakening distance in a case of local fault-slip.Back analysis of fault-slip to estimate the physical and mechanical properties of shear/fracture zones is carried out for Garson Mine. The back analysis is conducted with respect to moment magnitude and peak particle velocities recorded by seismic monitoring systems. Fault surface roughness and a dynamic friction angle have been calibrated. Afterwards, the calibrated values are validated with peak ground acceleration. Through the study, a methodology to calibrate the physical and mechanical properties of faults by means of ground motion due to seismic waves arising from fault-slip as well as seismic source parameters of the fault-slip has been developed. / Dans les mines profondes ou des contraintes élevées se produisent, les coups de terrain sont un problème car les ils peuvent endommager les ouvertures minières. Il est largement reconnu que les activités minières peuvent réactiver des failles dans les mines sous-terraines. La réactivation de ces failles peut entrainer un glissement de faille. Surtout, le glissement de faille fait naitre des ondes sismiques qui infligent des dégâts sérieux quand elles frappent la surface des ouvertures minières. La génération et la propagation des ondes sismiques sont des phénomènes dynamiques. Il s'ensuit donc que le glissement de faille doit être traité comme un phénomène dynamique Le comportement dynamique ainsi que le comportement statique des failles doit être examiné en considérant les effets des activités minières pour estimer les dégâts causés par les ondes sismiques.Premièrement, un examen de la documentation est effectué. L'examen a révélé que même si un nombre de lois statiques et dynamiques de frottement ont été proposés, ces lois de frottement ont été peu employés pour simuler les glissements de faille que se déroulent dans les mines sous-terraines. La revue a aussi révélé que la majorité des simulations ont été conduites en conditions statiques. Dans cette thèse, la modélisation dynamique d'un glissement de faille induit par des activités minières est présentée. Le modèle englobe l'entièreté d'une mine. En plus, une étude de cas pour la mine Garson à Sudbury, au Canada, est effectuée.Une étude paramétrique avec un modèle de mine en trois dimensions mène aux conclusions suivantes: (a) la profondeur d'exploitation minière, l'angle de friction de la faille, et la position de la faille ont une grande influence sur les déplacement relatifs en cisaillement d'une faille, tandis que l'angle de dilation de la faille et la dureté ont peu d'effet, (b) le taux de glissement maximal augmente en fonction du glissement absolu. Les résultats obtenus du modèle numérique dans lequel le modèle de résistance au cisaillement de Barton est implémenté ont démontré que la rugosité de la surface de la faille affecte grandement l'intensité des ondes sismiques qui émanent du glissement de faille et l'énergie sismique propagée. Les résultats impliquent qu'un glissement de faille survenant à une faille rugueuse est plus violent. L'effet produit par un sautage de production sur une faille proche est aussi examiné en considérant plusieurs séquences de sautage. Les résultats de l'analyse indiquent qu'un sautage de production exécuté selon une séquence temporelle peut induire un plus grand événement sismique qu'un sautage simultané. Une analyse dynamique tenant compte la collision et le déchargement d'une faille est aussi conduite. Il est démontré que le relâchement de la contrainte normale à la faille a une grande influence sur l'intensité des ondes sismiques. L'effet de la distance d'affaiblissement de faille due glissement sur les paramètres sismiques est aussi examiné L'étude indique que le taux de glissement et l'énergie sismique émanée sont significativement affectés par la distance d'affaiblissement de faille, tandis que le moment sismique n'est pas susceptible à la distance d'affaiblissement dans le cas ou le glissement de faille se déroule seulement dans une zone limitée. Pour estimer l'effet des propriétés physiques et mécaniques de la zone de cisaillement, une analyse régressive est exécutée pour la mine Garson. L'analyse est conduite selon la magnitude du moment et la vitesse de crête des particules. La rugosité de la surface de la faille et l'angle de friction dynamique sont étalonnés. Ensuite, les paramètres étalonnés sont validés par rapport à l'accélération maximale du terrain. À travers l'étude, une méthodologie pour étalonner les propriétés physiques et mécaniques de la faille selon l'étude du mouvement du terrain due aux ondes sismiques émanant d'un glissement de faille est développé.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.123291 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Sainoki, Atsushi |
| Contributors | Hani Mitri (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Mining and Materials) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically submitted theses |
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