A time-dependent anisotropic model for argillaceous rocks. Application to an underground excavation in Callovo-Oxfordian claystone

Abstract

The paper presents a constitutive model for argillaceous rocks, developed within the framework of elastoplasticity, that includes a number of features that are relevant for a satisfactory description of their hydromechanical behaviour: anisotropy of strength and stiffness, behaviour nonlinearity and occurrence of plastic strains prior to peak strength, significant softening after peak, time-dependent creep deformations and permeability increase due to damage. Both saturated and unsaturated conditions are envisaged. The constitutive model is then applied to the simulation of triaxial and creep tests on Callovo-Oxfordian (COx) claystone. Although the main objective has been the simulation of the COx claystone behaviour, the model can be readily used for other argillaceous materials. The constitutive model developed is then applied, via a suitable coupled hydromechanical formulation, to the analysis of the excavation of a drift in the Meuse/Haute-Marne 2 Underground Research Laboratory. The pattern of observed pore water pressures and displacements, as well as the shape and extent of the damaged zone, are generally satisfactorily reproduced. The relevance and importance of rock anisotropy and of the development of a damaged zone around the excavations are clearly demonstrated.

Nonlocal plasticity modelling of strain localisation in stiff clays

“…The model described herein represents an enhanced version of the one presented in Mánica et al (2017), for stiff clayey materials. The main enhancement is the ability to simulate objectively the localisation phenomenon by the introduction of the nonlocal approach, which is the main focus of this work.…”

EXPERIMENTAL FIELD investigations OF DEFORMABILITY of claystones and sandstones

“…3 2,09 2,10 плотность сухого грунта, г/см 3 / Density of dry soil, g/cm 3 1,80 1,81 плотность мин. части грунта, г/см 3 / Density of mineral part of soil, g/cm 3 2,65 2 из теории механики грунтов известно, что деформации и несущая способность дисперсных глинистых и песчаных грунтов значительно отличаются и обусловлены размером грунтовых частиц и характером взаимодействия между ними. однако данное исследование показало, что при давлении до 4,5 мпа в вертикальной плоскости и при давлении до 1,0 мпа в горизонтальной плоскости аргиллитоподобные глины и песчаники имеют схожий характер и деформации.…”

“…пермские аргиллитоподобные глины и песчаники представляют собой выветрелые и трещиноватые полускальные грунты, состоящие из глинистых и песчаных частиц сцементированных глинистым, железистым и карбонатным веществом [1]. при контакте с атмосферным воздухом аргиллитоподобные глины и песчаники способны выветриваться, что приводит к снижению несущей способности и возрастанию деформируемости данных отложений [2][3][4][5][6]. актуальность данной работы обусловлена тем, что характер деформирования и развития фаз напряженнодеформированного состояния аргиллитоподобных глин и песчаников не таков, как у современных глин и песков.…”

Analysis and numerical calculation of a coupled creep and strain-softening model for soft rock tunnels

“…Fu et al [ 23 ] built a three-dimensional discrete element grain-based stress corrosion model incorporating the theories of subcritical crack growth and chemical reaction rate to explore the time-dependent behavior of damage evolution and fracture patterns of brittle rocks on a mesoscopic scale. Manica et al [ 24 ] proposed a rheological constitutive model of mudstone developed within an elastic-plastic framework, which completely describes the rheological characteristics of mudstone. Zhang et al [ 25 ] proposed a novel classifier ensemble to improve prediction accuracy for tunnel squeezing problems by aggregating seven individual classifiers using the weighted voting method.…”