Estimation des contraintes dans les roches à partir de l’écaillage autour de trous de forage

Evaluation of in situ stresses from borehole breakouts in rocks

Département des Génies civil géologique et des mines École polytechnique de Montréal Case postale 6079 Succursale Centre-Ville Montréal, QC, H3C 3A7, Canada.

Résumé

L’écaillage autour des trous de forage dans la roche a souvent été utilisé comme indicateur pour évaluer l’orientation et la grandeur de la contrainte principale majeure. Des études antérieures ont ainsi montré que la contrainte horizontale principale maximale (perpendiculaire au trou) peut être estimée avec un critère de rupture bi-dimensionnel, comme le critère de Coulomb, lorsque les contraintes verticale et horizontale minimale sont déjà connues. Dans cet article, les auteurs présentent une nouvelle méthode pour estimer l’ampleur des contraintes horizontales maximale et minimale à partir de la géométrie de la zone de rupture autour d’un trou de forage, en utilisant un critère de rupture multiaxial appelé MSDP_u. Après avoir introduit la formulation du critère, la procédure proposée est décrite et appliquée à un cas schématisé. Puis la méthode est utilisée pour estimer la contrainte horizontale maximale, et validée à l’aide de résultats expérimentaux tirés de la littérature. Un des intérêts de cette méthode est qu’elle peut être utilisée aussi bien pour estimer les contraintes naturelles dans les massifs rocheux que les contraintes induites autour des excavations.

Abstract

Borehole breakouts have often been used as indicators to evaluate both the orientation and magnitude of the major principal stress. Past investigations have shown that the maximum horizontal (principal) stress around a vertical hole can be estimated using a 2D failure criterion, such as the Coulomb criterion, if the vertical and minimum horizontal stresses are already known. In this paper, the authors present a new method to estimate the magnitude of both the maximum and minimum horizontal principal stresses from the geometry of a borehole breakout using a multiaxial failure criterion, named MSDP_u. After recalling the criterion formulation, the proposed procedure is described and applied with an illustrative example. Then the method is used for the evaluation of the maximum horizontal principal stress and validated with laboratory test results taken from literature. The method can be used for the evaluation of natural stresses in rock mass as well as for induced stresses around openings.