Deformations caused by surface loading and tunnelling: the role of elastic anisotropy

Abstract

Elastoplastic finite element analyses were performed to determine the effects of elastic anisotropy on surface settlements caused by a uniform surface loading and by tunnelling. For typical ranges of elastic cross-anisotropic parameters, the effect of anisotropy on settlement induced by surface loading is modest; however, for the case of tunnelling, the effect of elastic anisotropy, in particular the ratio of the independent shear modulus Gvh, to vertical modulus Ev, should be considered if reasonable predictions of settlement are to be obtained. The practical implications of these find- ings are shown by considering the centrifugal model tunnel tests conducted at Cambridge University. It is found that the anisotropy has a significant effect on the shape of the settlement trough and that reasonable agreement between observa-tion and theory is obtained for Gvh/Ev, of between 0·2 and O·25, which is smaller thanthe isotropic value of Gvh/Ev, = 0·33 (for the undrained condition). The reasons for this are discussed. Des analyses élasto-plastiques par éléments infinis furent effectuées pour déterminer les effets de I'anisotropie élastique sur les tassements de surface provoqué par un chargement uniforme superficiel et la construction de tunnels. Pour la gamme typique des paramétres d'anisoptropie élastique l'anisotropie n'a que peu d'effet sur le tassement induit par le chargement supeticiel, tandis que dans le cas des tunnels I'influence de I'anisotropie élastique etplus particuliérement le rapport entre le module de cisaillement indépéndant Gvh, et le module verticl Ev, doit étre cousidété afin d'obtenir des predictions raisonnables du tassement. Les implications pratiques sont démontrées par une description des essais mod de tunnels effectués sur la centrifugeuse de I'Univerisité de Cambridge. On a trouvé que I'anisoptropie une influence importante sur la forme de la curette de tassement et qu'une concordance raisonnable entre I'observation et la théorie est obtenue pour un rapport Gvh/Ev, d'entre O·2 et O·25, ce qui estinférieur à la valeur isotrope de Gvh/Ev = O·33 (condition non-drainée). L'article en discute les causes.