A Review of Excavation Induced Coupled Consolidation Analysis in Jointed Rock

ABSTRACT: This paper presents a review of the current state of knowledge and practice in estimating consolidation settlement in rock and outlines a toolset for hydro-mechanical coupling in modelling of underground and deep excavations. The opportunities and limitations of an expanded approach involving fully hydro-mechanically coupled continuum and hybrid-discontinuum representations of fluid flow around excavations in jointed rock are explored. Constitutive laws which allow for continuum representation of heterogeneous and jointed rockmasses, as well as the role of direct representation of discontinuities in coupled models are discussed, with consideration given to practical restraints in data collection and state-of-practice. Coupled continuum numerical tools are evaluated through modelling of a subway cavern in New York City, with the aim being to capture capabilities and limitations of current methods and to judge their effectiveness from a practical engineering standpoint. Continuum modelling results are compared, and integration of heterogeneity and discontinuities discussed.

RÉSUMÉ: Cet article présente une revue de l'état actuel des connaissances et des pratiques d'estimation du tassement de consolidation dans la roche et présente un ensemble d'outils de couplage hydromécanique dans la modélisation des excavations souterraines et profondes. Les opportunités et les limites d'une approche élargie impliquant des représentations en modèles continus et discontinus hybrides, entièrement couplés de manière hydromécanique de l'écoulement de fluide autour des excavations dans les roches jointives sont explorées. Les lois de comportement qui permettent une représentation des masses rocheuses hétérogènes et jointives par des modèles continus, ainsi que le rôle de la représentation directe des discontinuités dans les modèles couplés sont discutés, en tenant compte des contraintes pratiques de la collecte de données et de l'état de la pratique. Les outils numériques considérant des modèles continus et couplés sont évalués par la modélisation d'une grotte de métro à New York, l’objectif étant de saisir les capacités et les limites des méthodes actuelles et de juger de leur efficacité dans un contexte pratique. Les résultats de la modélisation de modèles continus sont comparés et l'intégration de l'hétérogénéité et des discontinuités est discutée.