Simulating the influence of rigid support on the time-dependent response (creep) of soft rock around underground openings

Jonathan D. Aubertin, Michel Aubertin

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoNiagara 2021: 74th Canadian Geotechnical Conference; 14th joint with IAH-CNC

RÉSUMÉ: La déformation différée des roches tendres à faible porosité peut être observée sur de longues périodes. La simulation du comportement de ces roches en fluage est souvent simplifiée en ne considérant que la phase stationnaire malgré l’importance du fluage transitoire associé à l’écrouissage. Ce type de simplification peut être adéquat pour certaines analyses à très long terme, mais il ne peut représenter correctement l’effet de la redistribution des contraintes près des parois des excavations. L’ajout de support rigide tel qu’un revêtement en béton peut modifier grandement cette redistribution et mener à des problèmes particuliers pour les roches tendres assujetties à de grandes déformations dans le temps. L’extrémité du support rigide peut génèrer des zones de fortes contraintes déviatoriques et de grandes déformations inélastiques locales. Ce type de comportement a été simulé ici en utilisant un modèle viscoplastique unifié avec une variable interne représentant à la fois l’état transitoire et stationnaire des phases de fluage. Le modèle est présenté dans ce qui suit avec une calibration des paramètres pour le sel gemme représentant le gisement de deux mines dans le sud de la Louisiane, aux USA. Le modèle est utilisé afin de simuler différentes situations en lien avec un support rigide afin de démontrer ses capacités à représenter le comportement de telles roches en fluage.

ABSTRACT: The time-dependent deformation of low porosity soft rocks has been observed for periods extending over years to decades. Despite its importance, primary creep (associated with strain hardening) is often neglected in the analysis of underground openings involving the practical application of creep models. Such simplification may be adequate to assess the longer term behavior but it fails to capture the influence of transient inelastic straining and the significant stress redistribution that occurs after the opening is excavated. Stiff support, such as concrete liners, raises specific challenges regarding the response of soft rocks and other types of rock masses exhibiting time-dependent behavior. In particular, the discontinuation of the stiff support leads to localized deviatoric stress concentration and large inelastic strain rates, which are challenging to analyze. This type of behavior is simulated here with a unified viscoplastic model with an internal state variable (ISV) that captures both transient and steady state creep phases. The ISV model is presented with calibrated parameters for rock salt mines located in South Louisiana, USA. It is then used to simulate various types of conditions around mine shafts to illustrate its main characteristics and capabilities, and the corresponding time-dependent rock response.

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