Undrained shear testing of jointed rock

SummaryUndrained Shear Testing of Jointed Rock Water pressures must change inside joints undergoing shear without perfect drainage. This paper describes a new direct shear machine in which jacketed samples with oriented joints can be tested under consolidated undrained conditions with pore pressure measurement. Triaxial compression techniques for such tests are also described and typical results with intact and jointed sandstone samples are compared with results from the direct shear tests. Whereas intact specimens displayed increasing pore pressure followed by dilatancy and pore pressure decline before peak loading, the pore pressure in jointed specimens continued increasing right up to the peak load.

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ZusammenfassungScherversuche an klüftigen Gesteinen ohne Dränung Wasserdruck in Klüften muß sich verändern, wenn ohne perfekte Dränage Scherkraft ausgeübt wird. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer, direkt wirkender Scherapparat beschrieben, in welchem ummantelte Prüfkörper mit gerichteten Klüften unter Konsolidationsbedingungen ohne Dränage untersucht werden können, wobei der Porendruck gemessen wird. Es wird außerdem die Technik von Triaxialversuchen beschrieben und typische Ergebnisse mit ungestörtem und geklüftetem Sandstein werden mit Ergebnissen aus direkten Scherversuchen verglichen. Während ungestörte Proben steigenden Porendruck, gefolgt von Dilatanz, aufweisen und der Porendruck vor der Höchstbelastung nachläßt, nimmt derselbe in geklüfteten Proben bis zur Höchstbelastung ständig zu.

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RésuméEssais de cisaillement non drainé sur des échantillons de roche contenant une discontinuité Les pressions interstitielles à l'intérieur des discontinuités doivent changer lorsqu'elles sont soumises au cisaillement et que le drainage n'est pas parfait. Cet article décrit une nouvelle machine pour essais de cisaillement direct permettant de tester, dans des conditions de consolidation non drainée, des échantillons de roche gainés comportant une discontinuité d'orientation déterminée. La machine permet la mesure de la pression interstitielle.L'article décrit également les techniques de compression triaxiale correspondantes et des résultats typiques obtenus sur des échantillons de grès intact ou traversé par un joint sont comparés à ceux provenant des essais de cisaillement direct. Alors que les échantillons de roche intacte montrent un accroissement de la pression interstitielle suivi de dilatance et d'une réduction de pression avant que la contrainte de cisaillement maximum ne soit atteinte, la pression interstitielle dans les échantillons contenant une discontinuité croît jusqu'au droit de la contrainte de cisaillement maximum.

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With 11 Figures     

Low frequency sounding technique for predicting progressive failure of rock

SummaryLow Frequency Sounding Technique for Predicting Progressive Failure of Rock The paper outlines the various techniques used for predicting failure of rock in open strip or underground mining operations. Changes occurring in mechanical parameters of rock on increase in stress and at failure are outlined. A new experimental technique is described, which is based upon detection of changes in the response of the rock mass to imposed very low frequency, low amplitude vibrations. The limitations of the existing equipment available for the purpose are outlined and the problems posed by the new technique discussed. The requirements of the system and the method of analysis are discussed. Results obtained on a gelatine model under laboratory conditions are described. These results clearly show that changes in the frequency and amplitude response of the model with developemnt of fractures can give advance indication of imminent failure.

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ZusammenfassungEin Niederfrequenz-Schallverfahren zur Vorausbestimmung des progressiven Gesteinbruches Die vorliegende Arbeit gibt in großen Zügen die verschiedenen Verfahren an, die zur Vorhersage des Versagens von Fels bei Obertage- und Untertagearbeiten Verwendung finden können. Die sich bei Spannungserhöhung sowie beim Zusammenbruch ergebenden Veränderungen der Gesteinsparameter werden im allgemeinen dargestellt. Ein neues, auf dem Nachweis der Veränderungen des Ansprechens von Fels auf induzierte Schwingungen sehr kleiner Frequenz und kleiner Amplitude beruhendes Prüfverfahren wird beschrieben. Die Grenzen der zur Zeit für diesen Zweck verfügbaren Apparatur werden angegeben, und die sich aus dem neuen Verfahren ergebenden Probleme werden besprochen. Die Voraussetzungen des Systems sowie der Analysenmethoden werden erörtert. Die an einem Gelatinemodell unter Laborbedingungen gewonnenen Ergebnisse werden beschrieben. Diese Ergebnisse zeigen deutlich, daß die bei der Bruchentwicklung vorkommenden Veränderungen des Frequenz- und Amplitudenansprechens des Modells einen vorläufigen Hinweis auf einen drohenden Gesteinszusammenbruch liefern können.

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RésuméTechnique sonique à basse fréquence pour la prédiction de la fracture progressive de la roche Cet article expose à grands traits les diverses techniques employées pour prédire des avaries de roche dans les exploitations minières à ciel ouvert ou souterraines. Les changements des paramètres de la roche pendant l'augmentation des contraintes et au moment de l'avarie sont indiqués. Une nouvelle technique expérimentale est décrite, elle est basée sur les changements de la réponse d'une masse rocheuse à la surimposition de vibrations de basse amplitude et de très basse fréquence. Les limitations de l'appareillage disponible pour ce but sont indiquées et les problèmes posés par la nouvelle technique sont discutés. Les exigences du système et la méthode d'analyse sont discutées. Des résultats obtenus au laboratoire avec un modèle en gélatine sont décrits. Ces résultats montrent clairement que les changements de la réponse à la fréquence et à l'amplitude du modèle développant des fractures peuvent donner à l'avance des indications d'une avarie imminente.

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With 5 Figures     

The estimation of the experimental and basic components of the observed variance of rock strength

SummaryThe Estimation of the Experimental and Basic Components of the Observed Variance of Rock Strength The intercept of the strength correlelogram over distance is used to estimate the proportions of the observed strength variance which can be attributed to the testing (experimental) procedure and to the basic differences between the strengths of the specimens. The method is applied to sandstone uniaxial strength data (Wiid, 1968) where approximately half of the observed variance is experimental and half basic. A spatial trend accounts for most of the basic variance. The uniaxial strength is also spatially correlated with the triaxial strength. It is shown that the results of testing procedures of equal reliability will be poorly correlated if the experimental components of variance are large.

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ZusammenfassungDie Abschätzung der Anteile an den Streuungen der Festigkeiten von Fels, die den Versuchsverfahren bzw die den tatsächlichen Streuungen zuzuordnen sind Der Achsabschnitt im Druckfestigkeitskorrelelogramm wird verwendet, um die Anteile der beobachteten Druckfestigkeitsstreuungen, welche dem Versuchsverfahren bzw. den tatsächlichen Unterschieden zwischen den Druckfestigkeiten der Proben zuzuordnen sind, zu schätzen.Die Methode wird bei einachsialen Druckfestigkeiten eines Sandsteines (Wiid, 1968) angewandt, wobei ungefähr je die Hälfte der beobachteten Streuungen auf die Versuchstechnik bzw. auf tatsächliche Unterschiede zurückzuführen sind. Die einachsiale Druckfestigkeit wird auch mit der dreiachsialen Druckfestigkeit räumlich korreliert.Es wird gezeigt, daß die Ergebnisse der Testverfahren von gleicher Zuverlässigkeit schlechter korreliert werden können, wenn die experimentalen Komponenten an den Streuungen größer sind.

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RésuméL'estimation des parties constituantes expérimentales et fondamentales de la variance observée de la résistance de roche La valeur pour distance zéro de résistance du correlélogramme (en fonction de distance) est utilisée pour faire une estimation des proportions de la variance observée qui peuvent être attribuées au procédé expérimental ainsi qu'aux différences fondamentales entre les résistances des specimens. La méthode est appliquée à des données de résistance uniaxe de grès, ou à peu près la moitié de la variance observée est dûe à l'expérimentateur et le reste est fondamental. Une tendance spatiale explique la plûpart de la variance fondamentale. La résistance uniaxe est aussi corrélée spatialement avec la résistance triaxe. Il est démontré que les résultats des procédés expérimentaux qui sont de même fidélité seront mal corrélés si les partiés constituantes de variance expérimentales sont élevées.

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With 8 Figures     

Determination of stress in rock with linear or non-linear elastic characteristics

SummaryDetermination of Stress in Rock with Linear or Non-Linear Elastic Characteristics A non-linear law of elasticity is proposed in which each principal stress is expressed as the summation of two series, one a function of the dilatory (hydrostatic) or octahedral normal strain and the other of the deviatory or octahedral shear strain. The constants in the series can be obtained from a simple uniaxial compression or tension test on the material.These expressions can be used to determine the stress from strain readings in rock having non-linear stress-strain characteristics and the application of these expressions when using the CSIR triaxial strain cell in such rock is demonstrated.

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ZusammenfassungBestimmung der Spannung in Gesteinen mit linearen oder nichtlinearen Elastizitätskennlinien Ein nichtlineares Elastizitätsgesetz wird vorgeschlagen, in dem jede der Hauptspannungen als die Summation von zwei Reihen ausgedrückt wird, von denen die eine eine Funktion der dilatorischen (hydrostatischen) oder oktaedrischen Normalspannung und die andere eine Funktion der deviatorischen oder oktaedrischen Schubspannung ist. Die Konstanten in diesen Reihen können durch einen einfachen einachsigen Druck- oder Zugversuch an dem Werkstoff ermittelt werden.Mittels dieser so gewonnenen Ausdrücke kann die Spannung aus Dehnungsmessungen ermittelt werden, die an Gesteinen mit nichtlinearen Spannungs-Dehnungskennlinien durchgeführt wurden; ferner wird die Anwendung dieser Ausdrücke erläutert, wenn das dreiachsiale Dehnungsmeßgerät des CSIR zur Untersuchung dieser Gesteine benutzt wird.

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RésuméDétermination des contraintes dans une roche à caractéristiques élastiques linéaires ou non-linéaires Cet exposé propose une loi non-linéaire d'élasticité d'après laquelle chaque effort principal s'exprime comme la sommation de deux séries, l'une étant fonction de la déformation dilatoire (hydrostatique) ou octaédrique normale, et l'autre, fonction de la déformation de cisaillement déviatrice ou octaédrique. Les constantes dans les séries peuvent être obtenues par un simple essai de compression ou de traction uniaxiales sur le matériau.On peut employer ces fonctions pour déterminer l'effort d'après les lectures de déformation dans une roche caractérisée par des déformations non-linéaires sous contrainte. On démontre l'application de ces fonctions en utilisant la cellule tensimétrique à trois axes du CSIR.

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With 5 Figures     

Measurement of the average pore velocity of water flowing through a rock specimen

SummaryMeasurement of the Average Pore Velocity of Water Flowing Through a Rock Specimen. This paper describes a method to measure the modified permeability referring to the average pore velocity instead of the filter velocity.In many applications like for instance in erosion of rock with a high speed water jet the modified permeability is of interest. The principle of the method is to introduce a small amount of ions at a certain time in the water passing through a rock specimen and record the electric current due to a voltage in the direction of the pressure gradient. The record of the current will then show a rather steep increase after a defined time. This time makes it possible to calculate the average pore velocity.Experiments have been performed with three Swedish rocks, Lemunda sandstone, Bohus granite and Stockholm granite. The results show that the permeability of the granites is much less than that of the sandstone.

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ZusammenfassungMessen des Mittelwertes der Porengeschwindigkeit für Wasser bei Durchströmung einer Gesteinsprobe. Der Artikel beschreibt eine Methode zur Messung der modifizierten Permeabilität, die sich von dem Mittelwert der Porengeschwindigkeit herleitet an Stelle vom Mittelwert der Filtergeschwindigkeit. Bei vielen Applikationen, zum Beispiel bei Erosion mittels Hochgeschwindigkeitswasserstrahl, ist die modifizierte Permeabilität von Interesse.Das Prinzip der Methode besteht darin, daß eine kleine Ionenmenge bei einem Zeitpunkt dem durch eine Gesteinsprobe passierenden Wasser zugeführt wird, bei gleichzeitigem Registrieren des elektrischen Stromes in Richtung des Druckgradienten. Das aufgezeichnete Signal des Stromes zeigt ein steiles Zunehmen nach einer gewissen Zeit.Diese Zeit ermöglicht es, den Mittelwert der Porengeschwindigkeit zu berechnen. Experimente sind mit drei schwedischen Gesteinen durchgeführt worden: Lemunda-Sandstein, Bohus-Granit und Stockholm-Granit.Das Resultat zeigt, daß die Permeabilität des Granits wesentlich geringer ist als die des Sandsteins.

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RésuméMesurage de la valeur moyenne de la vitesse de pore pour de l'eau qui traverse un échantillon de minerai. Cet article décrit une méthode pour mesurer la perméabilité modifiée, référant à la valeur moyenne de la vitesse de pore au lieu de la vitesse de filtre.Dans beaucoup d'applications comme par exemple dans l'érosion de roche avec un jet d'eau de grande vitesse, la perméabilité modifiée nous intéresse. Le principe de la méthode est d'introduire un petit nombre d'ions à un certain moment dans l'eau qui traverse un échantillon de roche et d'enregistrer le courant électrique dependant d'un voltage dans le sens du gradient de la pression. Après quelque temps l'enregistrement du courant montre alors un accroissement assez éscarpé. Ce temps nous donne la possibilité de calculer la valeur moyenne de la vitesse de pore.Les expériences sont faites avec trois roches suèdoises, le grès de Lemunda, le granit de Bohus, et le granit de Stockholm. Les résultats montrent que la perméabilité des granits est beaucoup moins grande que celle du grès.

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With 5 Figures     

Stress distribution and rock fracture zones in the roof of longwall face in a coal mine

Summary Stress Distribution and Rock Fracture Zones in the Roof of Longwell Face in a Coal Mine. A two-dimensional finite element method of stress analysis was used to study the stress distribution and development of the fracturing process within the roof rock of a longwall face in a coal mine. Effective material properties were used instead of those measured in laboratory tests by employing underground displacement data and an inverse approximation technique. Initial stresses in the rock around the opening were found and three variations of the Mohr-Coulomb failure theory were used to calculate the corresponding safety factors. Four zones of progressive failure were established according to compressive-tensile stress proportions. The effective elastic moduli for these zones were calculated by means of a residual elasticity approach. Finally, the fractured rock stability criteria were introduced and the stability factors were calculated for the immediate roof area. Directions of fracture lines in the roof were found using the principal stress directions in the maximum shear stress zone.

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Zusammenfassung Spannungsverteilung und Bruchzonen in Firste und Ulmen von Strebbauen. Eine zweidimensionale Spannungsanalyse mittels der Finite-Element-Methode wurde benützt, um die Spannungsverteilung und die Entwicklung von Bruchbildungsvorgängen im Firstgestein am Streb einer Kohlengrube zu studieren. Bei der Ermittlung von Untergrundverschiebungen und der Anwendung einer Inverse Approximation-Technik wurden anstelle von Laborversuchsmessungen effektive Materialeigenschaften verwendet. Die Ausgangsspannungen im Fels um die Öffnung herum wurde ausfindig gemacht und drei Ansätze der Mohr-Coulombschen Bruchtheorie wurden zur Errechnung der entsprechenden Sicherheitsfaktoren benützt. Entsprechend den Druck- und Zugfestigkeiten wurden vier Zonen von Progressiven Brüchen festgestellt. Die wirksamen Elastizitätsmoduli für diese Zonen wurden mittels eines Verfahrens zur Bestimmung der Restelastizität errechnet. Schließlich wurden Kriterien für die Festigkeit von gebrochenem Gestein eingeführt und die Standsicherheitsfaktoren für den unmittelbaren Firstbereich errechnet. Aufgrund der Hauptspannungsrichtungen in den Zonen größter Schubspannungen wurden die Richtungen der Bruchlinien ermittelt.

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Résumé Distribution des contraintes et zones de fracture en roche autour de la cavité d'une longue taille. Une analyse des contraintes par la méthode des éléments finis a été faite pour étudier la distribution des contraintes et le développement du processus de fracturation du toit rocheux d'une longue taille dans une mine de charbon. Les propriétés effectives du matériau furent utilisées au lieu de celles qu'on mesure par des essais de laboratoire. Elles furent obtenues à partir des enregistrements des déplacements souterrains et par une technique d'approximation inverse. Les contraintes initiales autour des cavités ont été trouvées et trois variantes de la théorie de la rupture de Mohr-Coulomb furent utilisées pour calculer les coefficients de sécurité correspondants. Quatre zones de rupture progressives furent définies d'après le rapport résistance à la compression/résistance à la traction. Le module élastique effectif de ces zones fut calculé au moyen d'une approche par résidu élastique. Finalement le critère de stabilité des roches rompues fut introduit et les facteurs de stabilité furent calculés pour la zone immédiate du toit. Les directions des lignes de fracture du toit furent prévues à partir des directions des contraintes principales dans la zone de cisaillement maximal.

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With 12 Figures     

Estimate for bearing capacity of a prismatic pillar

SummaryEstimate for Bearing Capacity of a Prismatic Pillar The upper bound theorem of the generalized theory of perfect plasticity is applied in conjunction with a simple curve fitting scheme to estimate the average vertical bearing capacity of a rectangular pillar with variable width-to-height and width-to-length ratios. The general solutions for the two collapse mechanisms that were found to yield the most critical bearing pressures are presented in a dimensionless form whereby the pillar bearing pressure is normalized with respect to the unconfined compressive strength of the pillar rock. In general, it was found that the pillar bearing pressure depends linearly on the pillar width-to-length ratio. Accordingly, it was possible to develop design charts for various ratios of the unconfined compressive strength to the uniaxial tensile strength by plotting the normalized average bearing pressure versus the pillar width-to-height ratio for the two limiting values of zero and one for the pillar width-to-length ratio. For the infinitely long pillar, the bearing pressures obtained by this approach are compared with those obtained by the Sokolovskii slip line solution, and the latter are generally found to be higher, although results depend on the pillar width-to-height ratio.

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ZusammenfassungTragfähigkeit von Felspfeilern Der obere Grenzfall der allgemeinen Theorie der idealen Plastizität erlaubt es, mit Hilfe vereinfachter Diagramme für den Bruchmechanismus die mittlere vertikale Tragfähigkeit eines rechteckigen Felspfeilers für ein veränderliches Verhältnis von Breite zu Höhe und von Breite zur Länge abzuschätzen. Die generelle Lösung von zwei Bruchmechanismen bilden die Grundlage für die Bestimmung der für die Tragfähigkeit des Pfeilers maßgebenden kritischen Druckspannungen. Letztere werden in dimensionsloser Form bezogen auf die Gesteins-Druckfestigkeit des Pfeilers bei unbehinderter Querdehnung ausgedrückt.

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RésuméRésistance à la rupture des piliers rocheux Le cas de la limite supérieure de la théorie générale de la plasticité par faite est appliqué à fin de déterminer la résistance moyenne à la rupture des piliers rocheux à sections rectangulaires soumis à une charge verticale (coefficients variables: largeur-hauteur et largeur-longueur) à l'aide des diagrammes simples. Les solutions générales pour les deux mécanismes de rupture déterminant pour la résistance à la compression (pression critique) du pilier sont représentées sans dimensions en effet, cette résistance est rapportée à la résistance de la roche du pilier. En général, on a constaté que la résistance du pilier est une fonction linéaire du coefficient largeur-longueur. De ce fait, il a été possible de développer des diagrammes pour différents rapports entre la résistance à la compression (déformation latérale libre) et la résistance à la traction uniaxiale en rapportant la résistance moyenne du pilier à la compression en fonction du rapport largeur-hauteur pour deux valeurs limites du rapport largeur-longueur, zéro et un. Pour le pilier infiniment long, les résistances à la compression ainsi obtenues sont comparées à celles de la solution de lignes de glissement selon Sokolovskii; cette solution donne en général des valeurs de résistance plus grandes, bien que les résultats dépendent du rapport largeur-hauteur du pilier.

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With 8 Figures     

Indirect tensile testing of anisotropic rocks

SummaryIndirect Tensile Testing of Anisotropic Rocks The tensile strength of rock materials is a parameter relevant to many rock mechanics applications. Rocks are often anisotropic in nature. Therefore, it is of interest to investigate suitable experimental methods for tensile testing to be used with these rocks. An attempt is made in this paper to see if the indirect methods adopted for testing isotropic rocks can be applied. Two rock types with transversely isotropic behavior are tested by loading discs and rings along their diameter. The finite element method is used in order to correlate the tensile stress, for which tensile failure is assumed to occur in each test, with the orientation of the axes of anisotropy. It is shown that the experimental results can be appropriately explained by this method and a parameter be defined which allows one to describe the law of variation of tensile strength with the anisotropy of deformability.

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ZusammenfassungIndirekte Zugfestigkeitsprüfung anisotroper Gesteine Die Zugfestigkeit eines Gesteins stellt bei felsmechanischen Betrachtungen einen wichtigen Parameter dar. Die bisherigen Wege, diesen Parameter zu erfassen, setzen ein isotropes, homogenes Medium voraus. Da der natürliche Fels stets anisotrop und inhomogen ist, prüfen die Autoren die Möglichkeit, indirekte Zugversuche, wie sie bisher angewandt wurden, auf anisotrope Medien zu übertragen.Die Autoren untersuchen das Verhalten von Granitgneis und Serpentinschiefer mit Transversal-Anisotropie. Die Untersuchung erfolgt im Druckversuch an Scheiben und Ringen längs des vertikalen Durchmessers, wie es für homogenes und isotropes Material im Sinne der klassischen Elastizitätstheorie üblich ist.Durch Anwendung der Finite-Element-Methode gelingt es, die Beziehungen zwischen Bruch-Zugspannung und Abweichung der Anisotropie-Achse zu ermitteln.Auf diesem Wege werden die experimentellen Ergebnisse erklärbar. Darüber hinaus ist es möglich, einen Parameter zu bestimmen, der es erlaubt, einen gesetzmäßigen Zusammenhang zwischen der Zugfestigkeit und dem Grad der Anisotropie des Gesteins zu ermitteln.

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RésuméEssais indirects de traction sur des roches anisotropes La connaissance de la contrainte de traction à la rupture est un paramètre important dans le domaine de la Mécanique des Roches. Etant donné que la plupart des roches sont anisotropes, il est intéressant de développer des essais capables de donner la contrainte de rupture à la traction de ces roches. Dans ce travail on a cherché à vérifier si les essais indirects de traction utilisés depuis longtemps pour des roches isotropes sont valables aussi pour des roches anisotropes. Dans ce but on a examiné le comportement de deux types de roche à isotropie transversale en exécutant des essais de compression le long d'un diamètre sur des disques et des anneaux. La méthode des éléments finis a été appliquée dans le but de disposer d'une corrélation entre la contrainte de traction pour laquelle la rupture a lieu, avec l'orientation de l'axe d'anisotropie. On a ainsi déduit que les résultats expérimentaux peuvent être interprétés par cette méthode et qu'il est possible aussi de définir un paramètre qui permet d'en tirer une loi de variation de la résistance à la traction en fonction de l'anisotropie de la déformabilité.

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With 16 Figures     

Shear Strength Anisotropy in a Bedded Pyritic Shale and a Siliceous Dolomite

SummaryShear Strength Anisotropy in a Bedded Pyritic Shale and a Siliceous Dolomite The orientation, frequency and extent of joint and bedding plane fractures were measured in bedded pyritic shale and siliceous dolomite, host rocks of the lead-zinc and copper orebodies at Mount Isa, Queensland, Australia. The measurements, carried out in openings 10 by 10 feet, bring out the marked difference between the two rock types in regard to frequency and extent of the geologie discontinuities. Friction tests on joint and bedding planes, together with the continuity measurements, provide information on the shear strength anisotropy in the rock mass.It was found that an increase of the fracture frequency parallel to bedding planes is related to an increase in joint frequency, although not a proportional one, and that fractures of higher frequency show a tendency to have greater continuity.

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ZusammenfassungScherfestigkeits-Anisotropie in einem pyritischen Tonschiefer und einem Quarzdolomit Die Orientierung, Häufigkeit und die Ausdehnung von Bruchflächen parallel zu Kluft und Schichtebenen wurden im pyritischen Tonschiefer und im Quarzdolomit gemessen. Diese Gesteine enthalten die Blei-, Zink- und Kupfererze in Mount Isa, Queensland, Australien. Die Messungen wurden in Stollen mit einem Querschnitt von 3 × 3 m durchgeführt und weisen auf die großen Unterschiede hin, die hinsichtlich der Häufigkeit und Ausdehnung der Bruchflächen in beiden Gesteinsarten bestehen. Laborscherversuche zusammen mit den Kontinuitätswerten erlauben die Bestimmung der Unterschiede der Scherfestigkeit. Es wurde beobachtet, daß mit der Zunahme der Bruchflächenhäufigkeit entlang von Schichtebenen eine Zunahme der Klufthäufigkeit verbunden ist, und daß Bruchflächen mit zunehmender Häufigkeit eine größere Kontinuität aufweisen.

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RésuméAnisotropie de la résistance au cisaillement dans une Bedded Pyritic Shale et une Dolomite siliceuse L'orientation, la fréquence et l'étendue des fissures géologiques dans la Bedded Pyritic Shale et la Dolomite siliceuse ont été mesurés dans les dépôts de cuivre et plomb/zinc du Mt. Isa, Queensland, Australie. Les mesures, obtenues dans des tunnels de 3 × 3 m, montrent une différence marquée entre les deux types de roches en regard de la fréquence et de l'étendue de la discontinuité géologique. Des études du cisaillement sur les fissures parallèles aux strates géologiques et aux joints ainsique les mesures d'étendue ont donnés des informations sur l'anisotropie de la résistance au cisaillement dans le massif rocheux.

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With 4 Figures     

Anwendung der Endochronentheorie auf Salzgestein

ZusammenfassungAnwendung der Endochronentheorie auf Salzgestein Es wird ein Stoffgesetz auf Grundlage der Endochronentheorie entwickelt, mit dem das Materialverhalten von Salzgestein beschrieben werden kann. Dafür werden die grundlegenden Vorstellungen dieser allgemeinen Theorie vorgestellt, wie sie von Valanis für Metalle und von Bazant-Bhat für Beton entwickelt wurde.Das Verformungsverhalten von Salzgestein, das durch eine ausgeprägte Kriechneigung geprägt ist, wird erläutert und durch ein rheologisches Modell beschrieben. Das rheologische Modell dient zur Bestimmung der in der Endochronenformulierung vorhandenen Materialfunktionen und Materialkonstanten. Das Stoffgesetz wird in tensorieller Weise formuliert, und es werden Hinweise für seinen Einbau in numerische Rechenmodelle gegeben.

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SummaryUse of the Endochronic Theory on Rock Salt On the basis of the endochronic theory a material model which can describe the behavior of rock salt is developed. This study presents and follows in a modified form the earlier work of Valanis in metals and Bazant-Bhat in concrete.The deformation characteristics of rock salt, subject to extensive creep, are described and explained by an analogous rheological model. This model is used to determine the material functions and constants for the endochronic formulation. The material law is written in tensor form and keys for its use in a computer program are supplied.

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RésuméMise en application de la théorie d'endochrones au niveau de la roche saline A partir de la théorie d'endochrones, l'on développe une loi des matières pouvant décrire le comportement de la roche saline. Dans cette optique, l'on présente les conceptions de base de cette théorie générale, telles qu'elles ont été développées par Valanis pour les métaux et par Bazant-Bhat pour le béton.Le comportement de déformation de la roche saline, caractérisé par une tendance marquée à ramper, est explicité et décrit à l'aide d'un modèle rhéologique. Le modèle rhéologique sert à la détermination des fonctions et constantes de matières, se trouvant dans la formulation d'endochrones. La loi des matières est formulée de facon tensorielle et l'on donne des instructions quant à son application au niveau des ordinateurs.

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Mit 5 Abbildungen     

The mechanical response of pre-fractured rock in compression

SummaryThe Mechanical Response of Pre-Fractured Rock in Compression This paper describes experimental procedures and results obtained from an experimental study of pre-cracked rock specimens. In these experiments specimens of Westerly granite and Cedar City tonalite were broken in special fixtures and subsequently retested in a triaxial apparatus. Confining pressures up to 7 kb were employed. The rock specimens were well fragmented during the pre-cracking process. The results indicate a number of interesting features, including the significant retention of load-carrying ability under many stress conditions and an increase in maximum deformation. A comparison is made with frictional data determined elsewhere for Westerly granite; the close agreement in maximum stress suggests the importance of friction in the specimen mechanical behavior.

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ZusammenfassungDas mechanische Verhalten von vorgebrochenen Gesteinsproben unter Druckbelastung Der vorliegende Aufsatz beschreibt die Ergebnisse von Druckversuchen, die an vorgebrochenen Gesteinsproben durchgeführt worden sind. Proben von Westerly Granit und Cedar City Tonalit wurden zunächst in steifen Kammern vorgebrochen und anschließend in Triaxialversuchen bis zu 7 kb Manteldruck belastet. Die Ergebnisse weisen interessante Charakteristiken auf, besonders die Beibehaltung erheblicher Festigkeitswerte bei verschiedensten Belastungszuständen sowie die Zunahme der größten Verformung. Die erhaltenen Daten werden mit Ergebnissen von Reibungsversuchen an Westerly Granit, die aus der Literatur bekannt sind, verglichen. Die weitgehende Übereinstimmung der größten Spannungswerte läßt darauf schließen, daß Reibung das mechanische Verhalten vorgebrochener Proben wesentlich beeinflußt.

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RésuméComportement mécanique en compression de la roche pré-fracturée Cet article décrit les procédés expérimentaux et les résultats obtenus à la suite d'une étude expérimentale sur des échantillons de roche fracturés à l'avance. Dans ces essais, des échantillons de granite W et de tonalité CC ont été brisés dans des appareils spéciaux et soumis ensuite à l'essai triaxial. Des pressions latérales jusqu'à 7 kbar ont été employées. Les échantillons de roche avaient été largement fragmentés pendant la fracturation initiale. Les résultats indiquent un certain nombre de particularités intéressantes, y compris le maintien significatif d'une aptitude à supporter des charges sous maintes conditions de contraintes, et une augmentation de la déformation maximale. On a fait une comparaison avec les résultats de frottement obtenus ailleurs pour le granite W. Le bon accord des contraintes maximales suggère l'importance du frottement dans le comportement mécanique des échantillons.

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With 8 Figures     

Der Injektionsvorgang in klüftigem Fels

ZusammenfassungDer Injektionsvorgang in klüftigem Fels Es wird das Eindringen einer Injektionsflüssigkeit von einem Bohrloch in eine Felskluft untersucht. Die Berechnung des Eindringvorganges erfolgt zunächst für eine waagrechte Kluft, die von einem Bohrloch senkrecht geschnitten wird. Das Injektionsgut soll sich wie eine Binghamsche Flüssigkeit verhalten. Es werden die Massenbeschleunigung, die bei turbulenter Strömung auftretenden Verluste und die Spaltrauhigkeit berücksichtigt. Mit Hilfe von hier aufgestellten Kriterien kann man für jeden praktisch vorkommenden Fall entscheiden, ob man durch Vernachlässigung einiger Terme der Differentialgleichung zu einfachen Lösungen kommen kann. Das wird in der Praxis oft der Fall sein.Für geneigte Klüfte wird eine Näherungslösung entwickelt. Ein Vergleich des Injektionsvorganges in klüftigem Fels mit dem in Lockerboden ergibt eine große Ähnlichkeit.Die Ergebnisse der Theorie lassen sich in der Praxis anwenden.

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SummaryThe Penetration of Grouting Fluid into Fissured Rock The penetration of grouting fluid from a bore hole into a rock fracture is investigated. First, a horizontal fracture is assumed which is intersected by a vertical bore hole. The grouting fluid is supposed to be a Bingham liquid. The differential equation of the non-stationary problem is solved, taking the influence of mass-acceleration, friction occurring in turbulent flow and on the surface roughness of the fracture surfaces into account. Criteria are developed which permit one to decide, when by omitting some terms in the differential equation, simpler solutions can be achieved. This will often be the case in engineering practice.An approximation is given for an inclined fracture. The penetration of grouting fluid into fissured rock is shown to be similar to that into porous soil.The results of the theory can be used in engineering practice.

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RésuméLa pénétration des injections dans les roches fissurées Dans le présent article l'auteur examine la pénétration d'un coulis d'injection dans une fissure de roche à partir d'un forage. On suppose d'abord la fissure horizontale et le forage vertical. Le coulis est supposé être un liquide de Bingham. L'équation différentielle du problème non-stationaire est résolue en tenant compte des forces d'accélération, du frottement qui résulte du courant turbulent ainsi que de la rugosité des fissures de la roche. A l'aide des critères établis dans ce travail on peut facilement décider, pour chaque cas pratique, s'il est possible d'omettre quelques termes de l'équation différentielle et d'obtenir ainsi des solutions plus simples. Dans la pratique ce sera certainement souvent le cas.Une solution approximative est développée pour une fissure inclinée. La comparaison du mécanisme d'infiltration dans une roche fissurée montre une forte ressemblance avec celui dans un sol poreux.Les résultats de la théorie sont utilisables dans la pratique.

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Mit 3 Abbildungen     

Statistical prediction formula for compressive strength of a rock

SummaryStatistical Prediction Formula for Compressive Strength of a Rock Compressive strength of a rock, amongst its other mechanical properties, is known to be related to its water absorbing capacity which is thus appropriately termed its quality index. Mapping of foundation areas and the acceptance of stones in masonry could be based on this relationship. However, the existing literature on rock mechanics does not give any prediction formula for compressive strength of a rock in terms of its quality index. Such prediction formulae for the basalt and the sandstone rocks at two sites have been developed and presented in this paper. The 95% confidence belts for the estimated compressive strengths have also been worked out. The locus of the lower confidence limit for the estimated compressive strength enables determination of the maximum permissible quality index.

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ZusammenfassungStatistische Formeln zur Abschätzung der Druckfestigkeit eines Gesteins Die Druckfestigkeit eines Gesteins kann, wie bekannt, neben anderen Eigenschaften, auch zum Wasseraufnahmevermögen in Beziehung gesetzt werden, weshalb es als Quality Index bezeichnet wird. Planungsunterlagen und die Entscheidungen über die Verwendungsfähigkeit als Baustoff könnten auf dieser Beziehung basieren. In der Literatur findet sich jedoch keine Formel für die Abschätzung der Druckfestigkeit von Gesteinen in Abhängigkeit vom Quality Index. Solche Formeln wurden für einen Basalt und einen Sandstein entwickelt. Ebenso wurden die 95%-Vertrauensbereiche für die geschätzten Druckfestigkeiten ermittelt. Der Verlauf der unteren Vertrauensgrenze ermöglicht die Bestimmung des höchstzulässigen Quality Index.

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RésuméFormule pour la prédiction statistique de la résistance de compression d'une roche On sait que la résistance de compression d'une roche, entre ses autres qualités mécaniques, est allié à sa capacité d'absorption d'eau qui est désignée convenablement son indice de qualité.On peut fonder la formation d'une carte des régions de fondation et l'acceptation des pierres en maçonnerie sur cette relation. Pourtant, la littérature existante sur la mécanique des roches ne présente pas la formule de prédiction pour la résistance de compression d'une roche au moyen de son indice de qualité. On a développé telle formule pour les roches basalte et grès en deux sites laquelle se présente ici.De même façon on a calculé les zones de confidence de 95% pour les résistances de compression estimées.Le lieu de limite inférique de confidence pour la résistance de compression estimée facilite la détermination de l'indice de qualité maximum possible.

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With 2 Figures     

Toppling rock slope failures examples of analysis and stabilization

SummaryToppling Rock Slope Failures — Examples of Analysis and Stabilization Three case histories of toppling failures of rock slopes, and the methods used to ensure that failure did not disrupt operations below the slope, are described. The application of Goodman and Bray's limit equilibrium analysis of multi-block failures to these three slopes is demonstrated.The first failure occurred in a 20 m high granite slope that was stabilized by removing the top 6 m and installing a number of tensioned rock anchors in the toe. The second failure occurred in a sequence of folded sandstone, shale and coal. This slide was too large to stabilize, so the movement rate was monitored while mining continued in the pit below until shortly before failure took place. In the third failure, the top 8 m of a single 12 m high toppling block was removed by blasting to prevent further rotational movement.

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ZusammenfassungKippvorgänge beim Bruch von Felsböschungen — Beispiele für die Berechnung und Stabilisierung Es werden drei Fallstudien von Brüchen von Felsböschungen durch Kippen und die dabei angewendeten Sicherungsmethoden beschrieben. Die Anwendung der Grenzgleichgewichtsbetrachtung von Massenbewegungen, die durch Kippvorgänge ausgelöst wurden, nach Goodman and Bray, auf drei Felshänge wird gezeigt.Der erste Bruch ereignete sich in einer 20 m hohen Böschung in Granit. Die Stabilisierung bestand in der Entfernung der obersten 6 m und der Einbringung von einigen Vorspannankern. Der zweite Bruch ereignete sich in einer Serie von gefalteten Sandsteinen, Schiefern und Kohlen. Da die Größe dieser Rutschung eine Stabilisierung unmöglich machte, wurden die Bewegungen genau registriert und der Abbau bis kurz vor dem eigentlichen Bruch fortgesetzt. Das dritte Beispiel ist ein einzelner 12 m hoher, kippender Block, dessen oberste 8 m weggesprengt wurde, um ein weiteres Kippen zu verhindern.

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RésuméDéfauts par chute de rampes rocheuses — Exemples des analyses et de stabilisation Ce résumé décrit trois événements de rupture de pentes rocheuses et les méthodes de stabilisation utilisées. Dans ces trois cas l'auteur montre l'utilisation de l'analyse de la limite d'équilibre des masses rocheuses pour un mouvement de basculement selon Goodman et Bray.Le premier cas a eu lieu sur une rampe granitique de 20 m hauteur, laquelle a été stabilisée en 6 m de roche au sommet et en possant quelque d'ancrage au pied de la pente. La deuxième défaut s'a produit avec une séquence de roches de formation gréseuse, d'argile schisteuse et du charbon. Cette glissement a été trop grande pour être stabilisée, donc la raison de mouvement a été controlée au même temps qu'on travaillait dans le puit au dessous quelque temps avant que le défaut se produisse. Dans le troisième défaut les 8 m de sommet d'un seul bloc rocheux ont été dépilés par des méthodes explosifs pour prévenir ultérieur mouvements rotatives.

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With 6 Figures     

Filtering probe inclinometer data to identify characteristics of slope movement

SummaryFiltering Probe Inclinometer Data to Identify Characteristics of Slope Movement Probe inclinometer measurements are employed to monitor rock slope movements. The interference by errors in interpreting inclinometer results may be reduced by several filtering techniques applied in processing data from the probe. Plotting resulting vectors of displacement in a three dimensional system facilitates the determination of major characteristics of the slope movement and their association with the geologic findings from the borehole.

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ZusammenfassungFiltrierung von Sonden-Inklinometerdaten zur Identifizierung von Charakteristika von Böschungsbewegungen Sonden-Inklinometer-Messungen werden dazu verwendet, Felsböschungsbewegungen zu überwachen. Die Fehlerinterferenz bei der Interpretation von Inklinometerresultaten kann dadurch verringert werden, daß verschiedene Filtrierungstechniken während der Verarbeitung der Meßergebnisse angewendet werden. Durch die Aufzeichnung der resultierenden Bewegungsvektoren in einem dreidimensionalen System wird die Bestimmung der Hauptcharakteristika der Böschungsbewegung und ihrer Beziehung zu den geologischen Daten des Bohrlochs erleichtert.

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RésuméFiltrage des données d'un inclinomètre de sonde pour identifier les caractéristiques d'un mouvement de pente Les mesures d'inclinomètre de sonde sont utilisées pour contrôler les mouvements des pentes rocheuses. L'influence des erreurs dans l'interprétation des résultats de l'inclinomètre peut être réduite par différentes techniques de filtrage employées lors du traitement des données de la sonde. La représentation des vecteurs de déplacement résultants dans un repère tri-dimensionnel permet la détermination aisée des caractéristiques essentielles du mouvement de la pente et son association avec la géologie du terrain déduite de l'examen des carottes.

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With 7 Figures     

In-situ determination of the deformational behaviour of a cubical rock-mass sample under tri-axial load

SummaryIn-Situ Determination of the Deformational Behaviour of a Cubical Rock-Mass Sample under Tri-Axial Load An innovative set-up for tri-axial in-situ experiments on cubical samples of jointed rock was tested for the first time in the Flysch-type rocks of the Ghiona massive in Western Greece in 1972. Three samples with an edge length of 1 m were prepared in separate chambers of a test gallery. Loads were applied in three orthogonal directions independently of each other at the desired rate. Loading in the vertical direction was achieved by means of hydraulic jacks, while the horizontal loads were applied by means of flat jacks inserted into slots before the test. Deformations of the sample were measured with extensometers and inclinometers.The test results render information about the three-dimensional behaviour of the rock with regard to deformation and strength. The influence of the joint structure on the behaviour of the rock mass was determined.

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ZusammenfassungIn-situ-Bestimmung der Verformungseigenschaften eines dreiachsig belasteten kubischen Felskörpers Im Jahre 1972 wurde in der Nähe des Ortes Lidorikion in Westgriechenland erstmals eine neuartige Einrichtung zur Durchführung von Insitu-Dreiaxialversuchen an kubischen Felskörpern mit einer Kantenlänge von ungefähr 1 m aufgebaut und in einem Flysch des Ghiona-Massivs erprobt. In drei orthogonal zueinanderstehenden Richtungen kann der Körper beliebigen Belastungszuständen und Belastungsänderungen unterworfen werden.Die Lastaufbringung erfolgte in der senkrechten Richtung mit Hilfe von hydraulischen Pressen, in den beiden horizontalen Richtungen mit Hilfe von Druckkissen. Die Deformationen der geklüfteten Felsproben wurden mit einem Dreifachextensometer und vier Neigungsmeßgeräten gemessen.Die Versuchsergebnisse, die an drei verschiedenen Proben in einem Teststollen erzielt wurden, geben Aufschluß über das räumliche Deformations- und Festigkeitsverhalten des Gebirges. Insbesondere wurde der Einfluß des vorhandenen Flächengefüges auf das Verhalten der Probe bestimmt.

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RésuméDétermination en place du comportement de déformation d'un complexe de roche cubique sous compression triaxiale Une nouvelle disposition d'expériment servant à faire des essais triaxiaux en place sur des cubes de roche de 1 m³ fut installée en 1972 dans les alentours du village de Lidorikion (Grèce occidentale), dans le flysch du massif de Ghiona. Dans trois directions orthogonales le cube d'essai peut être soumis à des états de contraintes arbitraires.La charge verticale est obtenu au moyen de vérins hydrauliques, et les étreintes latérales sont réalizées par quatre pressiomètres plans installés dans des entailles formant un carré. Les déformations du bloc de roche fissurée sont mesurées par des extensomètres et des inclinomètres.Les essais furent exécutés sur trois endroits dans une galerie pilote. Les résultats donnent une indication sur le comportement spatial de la roche en vue de déformation et de résistance. En plus, on a reçu des informations relatives au comportement de la structure intraformationelle du complexe rocheux.

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With 11 Figures     

The friction and deformation behaviour of rock joints

SummaryThe Friction and Deformation Behaviour of Rock Joints The present investigation deals with the influence of joint roughness and material strength on the friction and deformation behaviour of rough indented joints. Besides the analytical determination of the joint roughness by the dilatation behaviour of the joint, friction tests on models with natural joint morphology and rock samples have been conducted.A material law is developed, describing the friction resistance and the dilatation behaviour at large deformations in their dependence on normal stress and material strength.

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ZusammenfassungDas Reibungs- und Verformungsverhalten von Klüften Die vorliegende Untersuchung war dem Einfluß der Kluftflächenunebenheit und der Materialfestigkeit auf das Reibungs- und Verformungsverhalten rauher, verzahnter Kluftflächen gewidmet.Neben der analytischen Bestimmung der Kluftflächenunebenheit anhand des Dilatationsverhaltens der Kluftfuge wurden Reibungsversuche an Modellkörpern mit natürlicher Kluftmorphologie und an Gesteinen durchgeführt. Es wird ein Stoffgesetz entwickelt, mit welchem der Reibungswiderstand und das Dilatationsverhalten in Abhängigkeit von der Normalspannung und der Materialfestigkeit bei längeren Gleitwegen beschrieben werden kann.

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RésuméLe comportement des fissures au frottement et aux déformations La présente étude traite de l'influence de la rugosité d'une diaclase et de la résistance de la roche sur le comportement au frottement et aux déformations d'une fissure âpre et endentée. La rugosité de la fissure a été déterminée d'après la dilatation maximale. Des éssais de frottement ont été exécutés à l'aide de modèles ayant une surface de fissure naturelle et à l'aide d'échantillons de roche. Une loi a été développée qui décrit la resistancé au frottement et le comportement à la dilatation de la fissure pour de grandes déformations en fonction de la contrainte normale et de la résistance des matériaux.

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List of Symbols h dilatation - i deviation angle, dilatation angle - s shear deformation - residual friction angle - normal stress - _F tensile strength - shear stress With 15 Figures     

An experimental determination of the true uniaxial stress-strain behavior of brittle rock

SummaryAn Experimental Determination of the True Uniaxial Stress-Strain Behavior of Brittle Rock Results are presented of an experimental study of the behavior of six rock types deformed under uniaxial compression into their respective post-failure regions. Based on the observation that a rock sample in a post-failure state can be considered to be composed of broken and unbroken rock and assuming that the reduction in load-bearing capability of rock in the post-failure region is due to a reduction of the effective cross-sectional area of the specimen resulting from the growth of large cracks within the rock sample, we show that there is a maximum true stress that the unfractured solid rock can sustain without inelastic deformation. This stress is constant and is defined to be the true failure strength of the rock. The value of this stress is calculated by dividing the force on the rock sample at any point along the post-failure curve by the true load-bearing cross-sectional area of the rock sample at that point. Theoretical and experimental techniques are developed which allow an estimate of the true load-bearing area of the rock sample at any point along the post-failure curve of the sample. For the rock types used in the study, which were deformed to preselected positions along their respective post-failure curves and with the assumption that the fractured rock carried none of the applied load, the two techniques of measuring the effective load-bearing area give results which are equivalent.

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ZusammenfassungExperimentelle Bestimmung des wahren Spannungs-Dehnungs-Verhaltens von sprödem Gestein Es wird über Ergebnisse experimenteller Studien über das Verhalten von sechs verschiedenen Gesteinen berichtet, welche unter einachsigem Druck im Nach-Bruch-Bereich deformiert wurden. Aufgrund der Beobachtung, daß eine Gesteinsprobe im Nach-Bruch-Bereich als aus brüchigem und gebrochenem Gestein zusammengesetzt betrachtet werden kann und unter der Annahme, daß die Abminderung der Belastbarkeit des Gesteins im Nach-Bruch-Bereich durch die Verringerung der wirksamen Querschnittsfläche der Probe infolge des Wachsens von großen Rissen in der Gesteinsprobe verursacht ist, wird gezeigt, daß es eine maximale wahre Spannung gibt, welche das ungebrochene, feste Gestein ohne inelastische Deformation ertragen kann. Diese Spannung ist konstant und wird als wahre Bruchfestigkeit des Gesteins angesprochen. Die Größe dieser Spannung errechnet sich durch Division der auf die Gesteinsprobe an irgendeinem Punkt der Nach-Bruch-Kurve ausgeübten Kraft durch die wahre, Belastung tragende Querschnittsfläche der Gesteinsprobe an diesem Punkt. Es wurden theoretische und experimentelle Techniken entworfen, welche eine Schätzung der Verminderung der Belastungsfläche an irgendeiner Stelle längs der Nach-Bruch-Kurve der Probe erlauben. Für Gesteinstypen, welche in diesen Untersuchungen benützt wurden und welche an im Voraus gewählten Stellen längs der Nach-Bruch-Kurve deformiert wurden, gaben unter der Annahme, daß das gebrochene Gestein nichts von der aufgebrachten Belastung trug, die beiden Techniken zur Messung der tatsächlich lasttragenden, wirksamen Fläche gleiche Resultate.

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Résumé On présente les résultats d'une étude expérimentale du comportement de six types de roches chargées en compression simple dans leur domaine respectif de déformation après la rupture. Si l'on remarque qu'un échantillon de roche après la rupture peut être considéré comme composé de roche cassée et de roche non cassée, et en supposant que la réduction de résistance dans le domaine après la rupture est due à la réduction de la section droite intacte de l'échantillon, réduction résultant de la croissance de grandes fissures dans l'éprouvette, on montre qu'il existe une contrainte vraie maximale que la roche peut supporter sans déformation permanente. Cette contrainte est constante et est réputée être la résistance vraie à la rupture. La valeur de cette contrainte est calculée en divisant la force sur l'échantillon en chaque point de la courbe effort-déformation après la rupture, par la section droite supportant alors véritablement la charge. Des techniques théorique et expérimentale sont développées, qui permettent d'estimer la surface portante vraie de l'échantillon en tout point de la courbe après la rupture. Pour les types de roches utilisées dans cette étude, qui furent déformées à des états pré-déterminés du domaine après la rupture, et avec l'hypothèse que la roche fracturée ne supportait plus aucune contrainte, les deux méthodes de mesures de la section portante ont donné des résultats équivalents.

     

Die Spannungsverteilung in der Probe mit vorgegebener Gleitfläche beim direkten Scherversuch

ZusammenfassungDie Spannungsverteilung in der Probe mit vorgegebener Gleitfläche beim direkten Scherversuch Die Ermittlung der Reibung an den Kluftflächen gehört heute zum Standardprogramm felsmechanischer Untersuchungen. Der Reibungswinkel wird hierbei aus den Spannungen, welche sich aus den äußeren Lasten und der nominalen Trennflächengröße errechnen, ermittelt. Inwieweit die Annahme solcher Spannungswerte berechtigt ist, wird anhand von photoelastischen Versuchen und Berechnungen mit Finiten Elementen für den zweidimensionalen Fall überprüft. Der Einfluß der Prüfkörperform und der Eintragung der äußeren Lasten wird hierbei besonders berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen, daß flache Prüfkörperformen eine homogene Spannungsverteilung in der vorgegebenen Trennfläche begünstigen und den Verhältnissen in situ am besten entsprechen.

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SummaryStress Distribution in a Sample With a Given Shear Surface in Direct Shear Test Determination of friction on joint surface has become a part of every standard rock mechanics investigation program. The friction angle is determined from stresses which are calculated from external loads and the nominal contact area. The validity of this method of calculating stresses is investigated with the help of photoelastic tests and finite element calculations for the two-dimensional case. The influence of the shape of the sample and of the transmission of the external loads to the sample is particularly investigated. The test results show that flat sample shapes produce a more homogeneous stress distribution on the joint surface and best represent the in-situ conditions.

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RésuméLa distribution des contraintes dans un échantillon de l'essai au cisaillement direct avec une diaclase de cisaillement donnée Aujourd'hui la détermination du frottement des surfaces de fissuration fait parti du programme standard des études de mécaniques des roches.Dans l'essai au cisaillement direct l'angle de frottement est calculé à partir des charges extérieures et des contraintes qui déterminent la grandeur normale de la surface de séparation. Jusqu'à quel point l'hypothèse pour ces valeurs des contraintes est justifiée, sera vérifié à l'aide d'essais photoélastiques, de calcul avec les éléments finis à deux dimensions. L'influence de la forme de l'échantillon, de l'application des charges extérieures est considerée ici en particulier. Les résultats montrent que les formes plates des échantillons favorisent une distribution homogène des contraintes dans la surface de séparation prévue et correspondent au mieux aux conditions in situ.

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Mit 19 Abbildungen     

Finite element study of the Nevis Bluff (New Zealand) rock slope failure

SummaryFinite Element Study of the Nevis Bluff (New Zealand) Rock Slope Failure In June 1975, part of the Nevis Bluff rock slope failed along State Highway 6 in the South Island of New Zealand. The slope is near the bottom of the Kawarau River valley, which has been deeply entrenched in chlorite schist rocks. The detailed geology of the slope, and the mechanical properties of the rocks comprising the slope are described. For the purposes of finite element modelling, the schist was assumed to be a transversely isotropic material with four independent deformability parameters. A two dimensional finite element program was used to establish the regional state of stress, the results from which were then used in a larger scale model of the rock slope. The results of finite element analyses suggested that slope failure occurred by flexural toppling, where continuous columns broke in flexure as they slid along schistosity surfaces. Flexural cracking was then responsible for propagating the plane along which sliding occurred. When the shear strength available along this plane was exceeded by shear stresses, the slope failed.

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ZusammenfassungUntersuchung des Bruches eines Felshanges des Nevis Bluff (Neuseeland) mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente Im Juni 1975 brach ein Teil des Felshanges von Nevis Bluff entlang der Autobahn 6 auf der Südinsel von Neuseeland. Die Rutschung ereignete sich nahe des Talbodens des Flusses Kawarau, welcher sehr tief in Chloritschiefer eingeschnitten ist. Die detaillierte Geologie dieser Rutschung und die mechanischen Eigenschaften der dabei wirksamen Felspartien werden beschrieben. Im Hinblick auf eine Untersuchung des Rutschvorganges mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente wurde das schiefrige Medium als transversal isotropes Medium mit vier voneinander unabhängigen Verformungsparametern angenommen. Für die Ermittlung des primären Spannungszustandes wurde ein zweidimensionales Finite-Elemente-Programm benützt. Die Ergebnisse dieser Untersuchung wurden dann in einem erweiterten Rechenmodell für die Hangrutschung verwendet. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigten, daß die Rutschung auf einen Mechanismus ähnlich dem Hakenwerfen zurückzuführen sein dürfte, wobei bei diesem Vorgang durchgehende Platten durch Biegung zum Bruch kamen, als sie auf den Schieferungsflächen abglitten. Biegerisse waren die Ursache für die Ausbildung einer durchgehenden Gleitfläche. Sobald die Scherfestigkeit in dieser Gleitfläche überschritten wurde, kam der Hang zu Bruch.

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RésuméÉtude de la rupture de pente rocheuse de Nevis Bluff par la méthode d'éléments finis En juin 1975, une partie de la paroi rocheuse de Nevis Bluff, le long de la route nationale 6 en Nouvelle Zélande s'est éffondrée. La pente est près du fond de la vallée de la rivière Kawarau qui s'est profondément encaissée dans des schistes chloritiques. La géologie détaillée de la paroi et les propriétés mécaniques des roches constitutives sont décrites. Pour la modélisation par éléments finis, le schiste a été supposé se comporter comme un matériau orthotrope avec quatre paramètres de déformation. L'utilisation d'un programme d'éléments finis bidimensionnels a permis d'établir l'état de contrainte régional qui fut transféré à un modèle de la paroi rocheuse de plus grande échelle. Les résultats de l'analyse par éléments finis suggèrent que la rupture a en lieu par fauchage des couches dans lequel des colonnes continues se fissurent en flexion à mesure qu'elles glissent le long de surfaces de schistosité vers l'ouverture. Les fissures de flexion se sont approfondies jusqu'à former un plan sur lequel le glissement a eu lieu. Quand la résistance au cisaillement le long de ce plan a été dépassée par les contraintes de cisaillement, la paroi s'est éffondrée.

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With 16 Figures