A method to predict stress-induced failures around excavations based on the mapped geological and rock mechanical information is studied. Totally of 7 km of newly excavated tunnels are mapped in the Inmet's Pyhasalmi mine in Finland at depth between 1000–1440 m from which the results and conclusions from the firstly mapped 1.7 km of tunnels are reported. The main rock type at the site is very hard volcanite having uniaxial compressive strength of 230 MPa in median and GSI-value 72–80. The maximum in situ stress around the tunnels is 65–85 MPa. The prediction of observed stress failures was preceded by comparing elastic 3-D simulation results of tunnels with three statistical yield criteria. Read's or Hoek & Brown's yielding criteria are found the most relevant, though, the effect of anisotropy was found to be significant. The most important parameters having a correlation with stress failures are the tunnel orientation and the foliation of rock. Also, the rock type and its strength, tunnel shape and the geological anomalies have their effects. Further, a delay time on mapping was found to clearly diminishing of the most violent failures.

Une methode de prediction des contraintes à la rupture autour d'excavation, etablie sur la base de cartographie geologique et d'information sur la mecanique des roches, à ete etudiee. Au total, 7 km d'un tunnel nouvellement perce à une profondeur de 1000 à 1400 m ont ete cartographies dans la mine de Inmet's Pyhasalmi en Finlande. La roche principale du site est une vulcanite dur ayant une resistance à la compression uniaxiale de 230 MPa (valeur moyenne) et une valeur GSI de 72–80. La contrainte in situ maximale autour du tunnel se situe entre 65 et 85 MPa. La prediction des contraintes à la rupture observees a ete evaluee en comparant les resultats d'une simulation 3D d'un tunnel avec trois critères de limite d'elasticite statistiques. Le critère de limite d'elasticite de Read ou de Hoek & Brown's se trouvent être les plus important, même si les effets de l'anisotropie sont significatifs. Les paramètres les plus importants ayant une correlation avec la rupture sont l'orientation du tunnel et la foliation de la roche. De plus, le type de roche et sa resistance à la compression, la forme du tunnel et les anomalies geologiques ont aussi leur importance.

Basierend auf kartierten geologischen und felsmechanischen Informationen, wird eine Methode untersucht, um spannngsbedingtes Versagen um Ausbrueche herum vorherzusagen. Insgesamt werden 7 km neu ausgebrochenen Tunnels in einer Tiefe zwischen 1000 und 1400 m in der Inmet Pyhasalmin Mine in Finnland kartiert. Das hauptsachlich vorkommende Gestein ist sehr hart und vulkanischen Ursprungs mit einer mittleren einachsialen Druckfestigkeit von 230 MPa (Medianwert) und einem GSI-Wert von 72–80. Die maximale In-situ-Spannung im Tunnel betragt 65–85 MPa. Die Vorhersage von beobachteten Spannungsversagen werden weitergefuehrt indem man elastische 3-D-Simulationsergebnisse von Tunneln mit drei statistischen Fliesskriterien vergleicht. Read's oder Hoek's Fliesskriteria werden dabei als die relevantesten Kriterien angesehen, obwohl auch der Effekt der Anisotropie als wesentlich erachtet wird. Die wichtigsten Parameter fuer eine Korrelation von Spannungsversagen sind die Orientierung des Tunnels und die Schieferung der Gesteinsschichten. Desweiteren haben Gesteinsart, Tunnelprofil und geologische Anomalien ihren Einfluss. Ausserdem zeigt sich, dass eine Verzögerung bei der Kartierung die ausgepragtesten Versagen deutlich verringern.

Introduction

Posiva Oy, responsible for the final disposal of spent nuclear fuel in Finland, applied in May 1999 to have the final disposal at the Olkiluoto site. Currently, Posiva Oy is designing an underground rock characterization facility at the Olkiluoto site to complement the site investigations, and also collecting information on cavern excavations and rock mass responses in deep rock conditions. Repository is planned to be excavated in crystalline bedrock at depths between 400 m and 600 m. Under these rock conditions, the in situ stress concentrations on the excavation boundary can exceed the critical strength of the rock and, thereby, initiate rock damage or even failure. Depending on the stress-strength ratio and rock type, failure can vary from minor local yielding to rock burst (Fig. 1). At present, stress failure potential can be evaluated by using the commonly-used engineering and scientific criteria or the rule of thumb. In any case, the rock strength, the in situ state of stress, and the orientation and shape of the excavation must always be known. The latter is normally well known, the in situ state of stress can usually be measured, and the short-term strength of intact rock can also be determined.

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