Interprétation de mesures de contraintes réalisées avec une cellule doorstopper modifiée en milieu anisotrope

Cette étude vise à généraliser aux matériaux transversalement isotropes l'interprétation de mesures réalisées avec une cellule doorstopper modifiée pour la détermination du tenseur des contraintes in situ. Les principales sources d'erreurs à différentes étapes de calculs sont discutées. Dans un premier temps, la justesse des contraintes en fond de trou est évaluée. Celles-ci sont calculées à partir des déformations relevées par la cellule doorstopper et des paramètres de déformabilité déterminés selon la procédure proposée par Corthésy et al. (1993). Des mesures de contraintes par surcarottage ainsi que des essais en laboratoire pour différents matériaux anisotropes sont simulés par éléments finis. L'erreur observée sur les contraintes en fond de trou calculées est jugée acceptable; elle s'avère être principalement due à l'interprétation de l'essai de compression diamétrale.Dans un deuxième temps, des simulations numériques sont réalisées pour déterminer le tenseur des contraintes avec trois forages dans un matériau transversalement isotrope. Suivant une hypothèse fréquemment posée en pratique, les plans d'isotropie des matériaux testés sont supposés parallèles au forage. Cette hypothèse simplificatrice entraîne un biais sur le tenseur des contraintes obtenu; le biais observé demeure toutefois acceptable. Les simulations numériques confirment que l'adaptation de la méthode conventionnelle d'obtention du tenseur des contraintes in situ aux matériaux transversalement isotropes permet une amélioration notable de la justesse du tenseur des contraintes déterminé dans de tels matériaux.Dans un troisième temps, les simulations numériques sont réinterprétées à l'aide de la méthode RPR. La généralisation de cette méthode aux matériaux transversalement isotropes est validée dans son ensemble; des cas déviants sont toutefois observés, puis expliqués. L'avantage de la méthode RPR quant à l'indépendance des points de mesure est conservé uniquement sous l'hypothèse selon laquelle les plans d'isotropie du matériau sont parallèles au forage; cette conclusion devrait être vérifiée à l'aide d'un modèle présentant des hétérogénéités d'anisotropie.

Abstract

The goal of this study is to generalize to transversely isotropic materials the interpretation of modified doorstopper measurements for the determination of the ground stress tensor. Main sources of errors at different computation stages are discussed. Firstly, the accuracy of the stresses at the borehole bottom is assessed. These are calculated from the strains measured by the modified doorstopper cell and from the deformability parameters obtained according to the procedure proposed by Corthésy et al. (1993). Overcoring stress measurements and laboratory tests on different anisotropic materials are simulated using the finite element method. The error observed on the computed stresses at the borehole bottom is satisfactory; it proves to be mainly due to the interpretation of the diametrical compression test. Secondly, numerical simulations are conducted to obtain the ground stress tensor with three boreholes in a transversely isotropic material. Following an assumption frequently done in practice, the isotropy planes of the tested materials are taken parallel to the borehole. The computed stress tensor is biased because of this simplifying assumption; the observed bias remains however satisfactory. Numerical simulations confirm that adapting to transversely isotropic materials the conventional method for obtaining the ground stress tensor allows a significant improvement in the accuracy of the stress tensor determined in such materials. Thirdly, numerical simulations are reinterpreted using the RPR method. The generalization of this method to transversely isotropic materials is validated as a whole; outliers are however observed, and then explained. The advantage of the RPR method regarding the independence of measuring points is maintained only under the assumption the isotropy planes of the material are parallel to the borehole; this conclusion should be verified using a model with heterogeneous anisotropic materials.