The analysis of a shallow opening in jointed rock is described by studying the rock movements and loads developed around the opening during excavation. The study was conducted by applying the finite element method to typical geologic cross-sections of the opening. The finite element model included joint (slip) elements to explicitly consider the major geologic discontinuities of the rock mass. Shear zones were modeled by quadrilateral elements bounded by slip elements since field observations showed that most of the zone movements were produced by sliding. The effects that inward wall movements exerted on the chamber behavior were also studied. A scheme Was developed to obtain pressure-displacement relationships to analyze the Opening behavior. The patterns of rock displacements in the rock mass were also studied and related to the wall movements. The analysis results were briefly compared to measurements obtained in the field.
Die Berechnung eines oberflachennahen Hohlraums in geklueftetem Fels wird anhand der Untersuchung von Felsverformungen und -spannungen beschrieben, die wahrend des Ausbruchs auftreten. Die Untersuchung wurde mit der Finite- Element-Methode bei ueblichen geologischen Offnungsquerschnitten durchgefuehrt. Das Finite-Element-Modell beinhaltete Kluftelemente um die Wesentlichen geologischen Diskontinuitaten untersuchen zu können. Scherzonen wurden mit vierseitigen Elementen verbunden mit Gleitelementen nachmodelliert, da Feldbeobachtungen zeigten, daβ die meisten Bewegungen aufgrund von Gleitvorgangen entstehen. Die Auswirkungen von Auskleidungsverschiebungen auf das Verhalten des Hohlraums wurden ebenfalls untersucht. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem die Spannungs-Dehnungs-Beziehungen Zur Berechnung des Hohlraumverhaltens ermittelt werden konnen. Die Verteilung der Gebirgsverschiebungen wurden ebenfalls untersucht und mit den Auskleidungsbewegungen in Verbindung gesetzt. Die Berechnungsergebnisse Wurden kurz mit den Feldmessungen verglichen.
L''analyse d''une ouverture peu profonde dans une roche a diaclases est faite au moyen de l''etude des mouvements de la roche et des charges developpees autour de l''ouverture durant l''excavation. L''etude s''est effectuee en appliquant la methode des elements finis a des sections transversales geologiques typiques de la cavite. Le modele des elements finis comprenait des elements a diaclases (glissement) qui permettaient de considerer explicitement les principales discontinuites geologiques de la masse rocheuse. Les zones de cisaillement ont ete representees par des elements quadrilateraux limites par des elements de glissement, puisque les observations effectuees sur place avaient montre que la majorite des mouvements de zone etaient dus a des glissements. Les effets produits par les mouvements de la paroi interieure sur le compoytement de la cavite ont ete egalement etudies. Pour analyser le comportement de l''ouverture, un schema permettant d''obtenir Ie rapport pression-deplacement a ete concu. Les modeles des deplacements des roches de la masse rocheuse ont ete aussi etudies et relies aux mouvements de la paroi. Les resultats de l''analyse ont ete brievement compares aux mesures faites sur place.
The Dupont Circle Station of the Washington Metro System is a large underground chamber excavated in jointed rock. The station is 724 ft. long, 76 ft. wide and 44 ft. high and it is located 65 ft. below the ground surface with an average rock cover of 30 ft. and 35 ft. of soil. The station was excavated in five stages as shown in Figure 1. Stage 1 involved an enlargement of a previously excavated pilot tunnel to an approximately 20 ft. wide by 26 ft. high opening. Stage 2 included the driving of two lateral drifts. Stage 3 called for the complete removal of the station top heading and immediate installation of a permanent lining. Stages 4 and 5 involved the excavation of the opening bench. After each stage of excavation, initial support in the form of rock bolts, steel ribs and shotcrete, was installed incrementally to provide for greater stability of the opening as subsequent stages were open. The permanent lining installed in Stage 3 consisted of steel ribs embedded in a shotcrete layer whose average thickness was 30 in. A detailed description of the actual construction of the station is given by Brierley (1975) and Mahar (1977).
