Le choix de la position d'un ouvrage souterrain par rapport à l'orientation des contraintes principales naturelles

Choosing underground workings in relation to the orientation of the main naturel stresses

Laboratoire de Mécanique des Terrains École des Mines de Nancy INERIS, France

Résumé

Les observations récentes concernant les ruptures de roches autour des ouvrages souterrains de génie civil, minier ou pétrolier ont montré l'existence de plusieurs mécanismes de rupture. L'évaluation de la stabilité et la conception du renforcement et du soutènement de toutes les excavations passent par la connaissance des mécanismes et des modes de rupture. Dans cet article, nous développons des idées inspirées par des observations ; les observations sont confrontées à des calculs analytiques et numériques. Le tenseur final des contraintes (somme du tenseur initial et du tenseur induit) détermine le mode de rupture. Le tenseur des contraintes induites par l'excavation dépend à la fois de la géométrie de l'ouvrage (circulaire, quadrangulaire, vertical ou horizontal) et du tenseur des contraintes initiales. Une modification de l'un ou l'autre de ces deux facteurs déterminera donc en fin de compte le type de rupture. Dans les analyses de rupture en deux dimensions (problème de déformation plane, contraintes planes...), on considère que la troisième contrainte (contrainte axiale) est une contrainte intermédiaire. Nous montrerons que cette contrainte pourrait être une contrainte majeure ou mineure en fonction des deux éléments introduits ci- dessus. Ces analyses permettent donc de comprendre beaucoup d'observations. En retour, elles donnent des indications précieuses sur le champ des contraintes in situ, et permettent notamment de mieux interpréter les mesures des contraintes. Dans le cas où les contraintes sont connues, nous pouvons tenter de prédire le ou les types de ruptures qui pourront se produire et donc les mesures nécessaires à prendre pour les éviter.

Abstract

Recent observations of failures in the vicinity of underground civil engineering, mining or petroleum exploration workings have revealed the existence of several failure mechanisms. The evaluation of the stability and design of the reinforcement and support of the workings requires a knowledge of the mechanisms and modes of rupture. The observations are compared with analytical and numerical calculations. The final stresses tensor (sum of the initial tensor and induced tensor) determine the mode of rupture. The stresses tensor induced by the excavation depends both on the geometry of the workings (circular, quadrangular, vertical or horizontal) and the tensor of the initial stresses. A modification of one of these two factors will ultimately therefore determine the mode of rupture. In the analyses of two-dimensional rupture (problem of plane deformation, of plane stresses...) it is considered that the third stress (axial stress) is an intermediate stress. We will show that this stress could be a major or a minor stress depending on the elements introduced above. These analysis make possible in particular to obtain the field of in situ stresses, and make possible, In particular, to obtain a better interpretation of the stress measurements. In the case where the stresses are known, we can attempt to predict the type(s) of ruptures which could occur and therefore determine the measurements which need to be taken to prevent them.