In this paper, the effect of anisotropic in situ stress field on the stability of underground openings is investigated. For this purpose, the potential for instability around a tunnel is studied by using elastic and elasto-plastic stress analyses. In the study, unequal principal components of the in situ stress field act in vertical, horizontal and longitudinal directions with respect to the tunnel. For various vertical in situ stress levels, the cases are compared when the longitudinal axis of the opening is oriented parallel or perpendicular to the larger of the horizontal in situ stress components. The analyses have shown that, in an anisotropic in situ stress field, the favorable orientation of an underground opening depends not only on the horizontal in situ stresses but also on the vertical in situ stress.
Dans ce papier, on offre une investigation au sujet de I'effet de contraintes in situ anisotropes sur la stabilite des vides souterrains. Dans ce but, on a etudie le potentiel d'instabilite au tour d'un tunnel, en utilisant les analyses des contraintes elastiques et elasto-plastiques. Dans cette etude on a vu que les composants principaux inegaux de contrainte in situ seront en action dans la direction verticale, horizontale et longitudinale, selon la position du tunnel. On a fait une comparaison aux differents niveaux de contrainte in situ, quand la position ou I'axe longitudinal de l'uverture est parallele ou perpendiculaire au plus grand composant horizontal de contrainte in situ. Les analyses ont montre que dans un camp de contrainte in situ anisotrope, I'orientation favorable de I'ouverture souterraine, depend non seulement du champ de contrainte in situ horizontal mais aussi du champ de contrainte in situ vertical.
In diesem Bericht wurde der Effekt von anisotropen in situ Spannungsfeld auf die Standfestigkeit von Untertagehohlraumen ermittelt. Fuer diesen Zweck wurde das Potential fur die Unstandfestigkeit in der Umgebung eines Tunnels mit der Benutzung von elastischen und elasto-plastischen Spannungsanalysen untersucht. In dieser Studie wirken die ungleichen Hauptbestandteile des in situ Spannungsfeldes mit Ruecksichtnahme des Tunnels in vertikalen, horizontalen und longitudinal en Richtungen. Fuer verschiedene vertikale in situ Spannungsstufen wurden die Situationen, wenn die Longitudinalachse des Hohlraumes parallel oder senkrecht zu dem grösseren horizontal anstehenden Spannungsbestandteilen ausgerichtet ist, verglichen. Die Analysen haben gezeigt, dass in einem anisotropischen in situ Spannungsfeld die bevorzugte Ausrichtung eines Untertagehohlraumes nicht nur von den horizontal anstehenden Spannungen, sondem auch von dem vertikalen in situ Spannungsfeld abhangig ist.
The results of in situ stress measurements at various regions of the world indicate that the principal components of the in situ stress field, do not deviate, very much from the vertical and horizontal directions; also, their magnitudes and order are quite, variable (Amadei & Stephansson 1997). In fact, anisotropic in situ stress field is a common phenomenon throughout the world. For example, the vertical in situ stress (Pv) can be the minimum, intermediate, or maximum component of the principal in situ stresses.
Furthermore, the effect of the in situ stress field for the stability of underground openings has been well appreciated. Especially in the instabilities involving stress-induced failures around openings, the in situ stresses play an important role, along with the excavation. geometry and the mechanical properties of the rock mass.
If the orientation of the opening is not among the design constraints, it should be optimized with respect to the in situ stress components. Indeed, in some regions (e.g. UK, Australia, USA. etc.) the stability of mine roadways has reportedly been improved by orienting the longitudinal axes of the openings parallel to the maximum horizontal stress (Pugh 1988, Gale 1991, Siddall & Gale 1992, Farmer 1997, Mark et al. 1998).
