Comparative assessment of transient creep models to analyze openings in low porosity soft rocks

ABSTRACT: This article presents a comparative assessment of different types of constitutive model used to represent the time-dependant behavior of soft rocks. The main geomechanical characteristics of these rocks are first summarized, based on experimental observations on the creep of rock salt. Classes of constitutive models are then identified and specific formulations are presented for steady-state and transient creep. Simulations of test results illustrate the main features and differences between different types of constitutive model, including analogical rheologic models, non-linear empirical creep functions, and a unified creep-plasticity formulation with internal state variable (ISV). The discussion also considers the effect of the model on the evolving stress distribution around underground openings. The results and analysis demonstrate some the advantages of using the ISV-SH unified model to represent the hereditary time-dependent behavior of soft rocks.

RÉSUMÉ: Cet article présente une évaluation comparative de différents types de modèles constitutifs utilisés afin de représenter le comportement différé des roches tendres. Les caractéristiques géomécaniques de ces roches sont tout d’abord présentées sommairement à partir d’observations expérimentales sur le fluage du sel gemme. Différentes classes de modèles constitutifs et certaines formulations spécifiques utilisées pour représenter le fluage transitoire et stationnaire sont ensuite présentées. Des résultats d’essais simulés sont utilisés afin d’illustrer les différences entre les divers types de modèle, incluant des modèles rhéologiques analogues, des fonctions de fluage empiriques non-linéaires, et une formulation fluage-plasticité unifiée avec variable interne. On discute aussi l’influence du modèle sur la redistribution des contraintes autour des ouvertures souterraines. Les résultats et l’analyse montrent les avantages associés à l’utilisation du modèle unifié ISV-SH afin de représenter le comportement héréditaire différé des roches tendres.