Application of Cosserat Continuum Model for Analysis of Excavations in Layered Rock Masses

H. Bidhendi, A. Riahi, J. Curran

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GEO2010 Calgary: 63rd Canadian Geotechnical Conference & 6th Canadian Permafrost Conference

Session: M2-B

ABSTRACT: This paper focuses on the analysis of tunnelling problems in layered rocks using the Cosserat continuum approach. In the Cosserat continuum method, the interfaces between rock layers need not be explicitly modelled. Instead, the internal characteristic length, i.e., the layer thickness and the interaction condition between the layers are incorporated in the governing equations. Two tunnelling problems, an extruded tunnel excavated in layered rock and a circular tunnel with out-of-plane layers which requires a full 3D analysis, are solved using the Cosserat continuum finite element method. Results of the Cosserat approach are verified against alternative approaches. The paper demonstrates that Cosserat continuum approach can provide a mechanically-based yet efficient solution for the analysis of engineering scale discrete problems.

RÉSUMÉ: Cet article porte sur l'analyse des problèmes associés aux tunnels aménagés dans des roches stratifiées en utilisant l'approche du continuum de Cosserat. Dans la méthode du continuum de Cosserat, les interfaces entre les couches de roche n'ont pas besoin d'être modélisées de façon explicite. Au lieu de cela, la longueur interne caractéristique, c'est-à-dire l'épaisseur de la couche et les conditions d'interaction entre les couches est incorporée dans les équations constitutives. Deux problèmes sont résolus à l'aide de la méthode des éléments finis et de l'approche du continuum de Cosserat, soit un tunnel extrudé et creusé dans une roche stratifiée et un tunnel circulaire ayant des couches obliques par rapport au tunnel et qui exigent une analyse complète en 3D. Les résultats obtenus par l'approche du continuum de Cosserat sont comparés à ceux obtenus par des approches alternatives. Cet article montre comment l'approche du continuum de Cosserat peut apporter une solution efficace basée sur la mécanique des matériaux pour l'analyse des problèmes discrets de grande échelle dans laquelle les effets d'échelle sont importants. 1 INTRODUCTION

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