On analyzing under-ground cavity excavation, classic elastic and plastic theories have based on such an assumption that ground-pressure applys after underground cavity was excavated. Ground-pressure, however in actual, exsists already before excavation. Improving this assumption, authors developed a visco-elastic or plastic method for progressive relaxation around cavity by means of Finite Element Method.
Characteristics of visco-plastic rocks were studied and behaviours on stresses, displacements and local yield of actual under-ground structures and surrounding rock were investigated in progress of excavation considering direct damage zone of rocks due to blasting and dependency of rock properties on ground-pressure. Stresses in reinforcement in concrete lining increase due to creep and shrinkage of concrete material.
Availability of the proposed visco-elastic or plastic method was recognized by actual measurement in underground cavity and experiments in laboratory.
Reviewing the classical basic assumption of cavity mechanics in which ground-pressure around cavity has assumed to be applied "after excavation", the authors proposed an improvement of this unrealistic assumption. Namely, they point out that the stress and deformation around excavating cavity cause not by abovementioned classical "post loading" but by "stress release" of existing natural ground-pressure. This improvement in basic assumption may be important in elasto-plastic analysis of cavity.
1) Proposed visco-elastic or visco-plastic Finite Element Method can take into account of actual excavation process, existing ground-pressure before certain excavating stage, local yielding condition of rock masses, heterogeneity of rock masses, direct impulsive damaged zone by blasting, creeping and change of properties of rock masses due to the variation of stress state.
This method is still limited in plane strain condition, however, one may estimate the progressive lining stress, progressive release around excavating cavity and engineering requirement of rock bolting or prestressing.
A comparison of stress, displacement and relaxed zone between actual measurement and numerical analysis of underground power station showed fairly good agreement.
2) Tunnel engineers have often encountered more or less viscous or plastic deformation during tunnel excavation and lining works. In these cases, dangerous displacement of rock masses and progressive stresses in lining or supporting structures were interested. This report describes the step by step stress analysis by the non-linear Finite Element procedure taking into account of direct damaged zone by blasting, non-linear stress-strain relation, non-linear relation between Poisson's ratio and confined stress condition and indeterminate interaction among sound rock part, locally failured rock part and artificial structures.
En analysant l’excavation de cavité sous terrain, les théories classiques de l’élasticité-plasticité se sont basées sur une hypothèse que la pression du sol sera appliquée après que la cavité souterarin est excavée. Cependant, réelement, la pression du sol existe déjà avant l’excavation. En améliorant cette hypothèse, les auteurs ont développé une méthode viscoélastique ou plastique pour la relaxation progressive autour de la cavité par la méthode d’élément fini.
Les caractéristiques dees rochs visco-plastiques ont été étudiées et les comportements sur les efforts, les déplacements ainsi que le rendement local des structures souterrain actuelles et des roches environnantes on été investigués successivement suivant l’excavation en considérant la zone endommagée directe des roches due au sautage et la dépendance des propriétés de roche contre la pression du sol. Les forces dans le renforcement au revêtement en béton augmentent due au cheminement et au rétrécissement des matériaux du béton.
L’efficacité de la méthode visco-élastique ou plastique proposée est reconnue par les mesures réelles dans la cavité souterrain et par les expériences au laboratoire.
Die elastische und plastische Analyse des Hohlraumaushubs basierte bisher auf der der Praxis entgegengesetzten Annahme, daß der Bodendruck erst nach dem Aushub des Hohlraumes eintritt. In der Praxis besteht jedoch der Bodendruck schon vor dem Aushub des Hohlraumes. In Ausgestaltung der obigen Annahme wurde die Entspannung der Umgebung des Hohlraumes, im Fall, daß beim Bestehen des Bodendruckes der Hohlraumaushub fortschreitet, gemäß der begrenzten Element-Methode für die Viskosität, Elastizität und Plastizität, analysiert.
Die Veränderung der Charakteristik der Viskosität und Plastizität des Felsblocks wurde erklärt und der Zusammenhang der Analyse mit den praktischen Bauarbeiten, mit Hinsicht auf den Einfluß von Sprengungen beim Aushub auf die Entspannung der Felsmasse sowie die Verminderung des Änderungskoeffizienten — aufgrund der Veränderung des Bodendrucks beim Hohlraumaushub — dargestellt. Ferner wurde als praktisches Ergebnis aufgezeigt, daß die Beanspruchung der Absteifung in der Betonauskleidung eine steigende Tendenz der Bewehrungsbelastung, infolge des Kriechund Schrumpfvorganges des Betons aufweist.
Die Brauchbarkeit der vorgeschlagenen visko-elastischen und plastischen Analyse wurde durch ein Beispiel visko-elastischer und plastischer Analyse sowie durch Messungen und Laborproben erwiesen.
