ABSTRACT

When considering the rock stress component of rock mechanics design, the basic procedure is to consider the pre-existing stress-state in the rock mass and then estimate the disturbance to this stress state as a result of engineering excavation. Failure criteria are applied to the final stress state to establish whether failure will occur. However, during the evolution of the stress state, the failure locus may be reached before the anticipated failure state and, in this case, failure will occur unexpectedly. This indicates that the complete stress path (defined as the variations in magnitudes and orientations of the stress tensor components resulting from engineering-induced or natural changes) must be considered. We list a set of stress path principles with their corollaries and then introduce a new and powerful method for simultaneously illustrating changes in the six independent components of the stress tensor. This method plots the magnitudes of the principal stresses above their orientational paths on the hemispherical projection, to provide a three-dimensional stress path locus for each of the three principal stress components. In connection with this presentational device, we illustrate a number of concepts associated with the stress path in rock engineering.

RESUME

Si on s'interesse à la composante "contrainte" lors d'un dimensionnement en mecanique des roches, la methode de base consiste à considerer l'etat de contrainte pre-existant dans le massif rocheux, puis d'estimer la perturbation à cet etat generee par l'excavation projetee. Des critères de rupture sont appliques à l'etat de contrainte final pour etablir si une rupture va se produire. Cependant, lors de l'evolution de l'etat de contrainte, la surface critique peut être atteinte ce qui provoquera une rupture anticipee et, dans ce cas, cette dernière sera inattendue. Cela indique que le chemin de contrainte complet (defini par les variations de l'intensite et de l'orientation des composantes du tenseur des contraintes liees à des causes anthropiques ou naturelles) doit être pris en compte. Nous presentons un ensemble de règles pour les chemins de contraintes ainsi que leurs corollaires et, ensuite, nous introduisons une methode, nouvelle et puissante, pour presenter simultannement les changements des six composantes du tenseur des contraintes. Cette methode consiste à tracer l'intensite des contraintes principales sur le chemin d'orientation des contraintes à l'aide d'une projection hemispherique afin d'obtenir le lieu, en trois dimensions, de chaque contrainte principale.

ZUSAMMENFASSUNG

Bei ingenieurmassigen Taetigkeiten in Felsgesteinen ist es noetig die ungestoerten Gesteins Stress Componenten, die vor einem anthropogen Eingriff im Gestein vorhanden waren, zu kennen und erst dann Vorhersagen ueber Stoerung des Stress Zustandes, der durch einen ingenieurmaessigen Eingriff hervorgerufen wird, herzuleiten. Kriterien fuer das Versagen werden im letzten Stadium, des Stress Zustandes angewendet, um zu erfahren ob ein Versagen wohl eintreten wird. Es ist jedoch zu beachten, dass waehrend des Stress Aufbaus ein oertliches Versagen eintreten kann, welches vor dem eigentlichen, erwarteten Versagens Zustand auftritt. Diese Moeglichkeit weist darauf hin, dass der gesammte "Stress Path" (definiert durch die Variationen der Stress Tensor Komponenten in Richtung und Groesse, hervorgerufen durch ingenieurmaessig hervorgerufene oder natuerlich Vorgaenge) betrachtet werden muss. Wir fuehren eine Liste der "Stress Path" Prinzipien auf und stellen dann eine neue und wirksame Methode zur gleichzeitigen Darstellung der sechs unabhaegigen Komponenten des Stress Tensors vor. Diese Methode stellt die Groesse der "Principal Stresses" in Abhaengigkeit von ihrem rauemlichen Weg auf einer hemispherischen Projektion dar und erlaubt hiermit eine drei dimensionale Darstellung fuer jeden Ort des "Stress Path's" in die drei Haupt Stress Komponenten. Im Zusammenhang mit der hier gegebenen Darstellungsart, verdeutlichen wir eine Reihe von Konzepten in der Felsmechanik.

Introduction

In this paper, we consider the subject of the stress path, and present a series of associated principles and corollaries. These are intended to encapsulate the properties of the stress path as it applies to visualising and understanding the stress changes for rock mechanics modelling and testing, and rock engineering design. The emphasis is on the tensorial nature of stress, with its six independent components — with the consequence that the stress path is the trajectories of these six components.

The subject of the stress path is becoming increasingly important because laboratory testing, numerical analyses and field monitoring are all now much more sophisticated and capable of capturing the complete stress tensor at various stages of its evolution.

The concept of the stress path

The stress path is a well-known concept in soil mechanics and, in this context, is generally related to the major and minor principal stresses. It is usually plotted as the locus of successive peak shear stresses. This plotting is undertaken in p-q space, where p is the mean principal stress

(Equation in full paper)

One use of the concept is to specify laboratory Tests.

This content is only available via PDF.
You can access this article if you purchase or spend a download.