Response of rocks to impact loading by bars with pointed ends

SummaryResponse of Rocks to Impact Loading by Bars with Pointed Ends An experimental investigation was undertaken to study the response of three rocks — shale, limestone and diorite — to dynamic loading modelling hammer drilling. A long transmission rod subjected to pendulum impact at its distal end transmitted stress waves to six different heads whose tips consisted of 60°, 90°, and 120° cones or wedges in initial contact with the rock surface. Force and linear penetration histories monitored near the interface were found to be in good agreement with predicted values based on strain measurements at the center and distal end of the transmission bar and use of a one-dimensional theory of elastic wave propagation. The dynamic indentation measurements were also found to be in good agreement witha posteriori determination of the crater depth.Effects of multiple wave reflections and repeated impact on the contact force and rock deformation were determined as a function of the input energy. It was found that an optimum value of this energy exists for most efficient penetration for each of the heads utilized. Dynamic force-penetration curves were compared with corresponding static values obtained from an Instron testing machine. The force history resulting from the impact of a commercial pick-ax suspended in a pendulum arrangement was measured for both the conical and wedge-shaped tips of the device.

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ZusammenfassungDas Verhalten von Gesteinen unter stoartiger Belastung mittels gespitzter Stäbe Es wurde eine experimentelle Untersuchung des Verhaltens dreier Gesteine, nämlich grüner Tonschiefer, Kalkstein und Diorit, unter stoßartiger Belastung, die als Modell der Wirkung eines Bohrhammers dienen soll, durchgeführt. Ein langer Stab war vorne mit einer Spitze in Keil- oder Kegelform mit einem Öffnungswinkel von 60°, 90° oder 120° versehen, welche bei Versuchsbeginn gerade die Probe berührte. Am anderen Ende wurde der Stab von einem fallenden Pendel getroffen. Der zeitliche Verlauf der Kraft und der Eindringung, die in der Nähe der Spitze des Stabes gemessen wurde, stimmte gut mit jenen Werten überein, die auf Grund von Dehnungsmessungen in der Mitte und am Stoßpunkt mittels einer eindimensionalen Theorie der Wellenfortpflanzung errechnet wurden. Die dynamischen Tiefenmessungen des Kraters ergaben auch eine gute Übereinstimmung mit den Werten, die nach dem Experiment bestimmt wurden.Die Wirkung von mehreren Wellenreflexionen und wiederholtem Stoß auf die Kontaktkraft und die Gesteinsdeformation wurde als Funktion der Anfangsenergie bestimmt. Es zeigte sich, daß es für jede verwendete Spitzenform einen optimalen Energiebetrag gibt, bei dem die günstigste Eindringung erfolgt. Dynamische Kraft-Eindringungskurven werden verglichen mit den entsprechenden statischen Werten, die mittels einer Instron-Testapparatur gemessen wurden. Überdies wurde der Kraftverlauf an Keil- und Kegelende einer Spitzhacke, die als Pendel auf eine Steinprobe aufschlug, gemessen.

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RésuméReponses de certaines roches aux chocs exercés par des barres à extremités pointues Des expériences ont èté entreprises pour étudier la reponse de trois roches — schiste vert, calcaire, diorite — aux percussions exercées par un modèle de marteau perforateur. Un pendule ballistique heurte l'extremité libre d'une longue barre, à travers laquelle des ondes de contrainte se propagent et atteignent à l'autre extrémité une tête constitutée suivant les cas par une cône ou un dièdre d'angle 60°, 90° ou 120°, en contact avec la roche à l'instant initial. Les résultats obtenus en ce qui concerne l'évolution de la rorce et l'évolution de la pénétration lineaire sont en bon accord avec les valeurs prédites par le théorie unidimensionelle de la propagation des ondes élastiques, à partir des constrainte mesurées au centre et à l'extremité libre de la barre. Les mesures de la pénétration pendant l'experiénce sont également en bon accord avec la détermination à postériori de la profondeur des cratères.L'effet des réflexions multiples des ondes et l'effet de la répétition des impacts sur la force de contact et sur la déformation de la roche sont déterminés en fonction de l'énergie d'impact. Pour chacune des têtes utilisées on a trouvé qu'il existe une énergie optimale, c'est à dire une energie permettant d'obtenir la meilleure pénétration. Les courbes représentant la pénétration dynamique en fonction de la force sont comparées aux courbes correspondant en cas statique, obtenus par une machine d'Instron. L'évolution de la force résultant de l'impact d'une pioche ordinaire a èté mesurée pour des têtes constituées soit par des cônes soit par des dièdres.

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With 27 Figures     

A source of bias in rates of surface soil movement as estimated from marked particles

When estimated from measurements of introduced tracer particles, the rate of surface soil movement tends to be greater than the natural rate for equivalent particles on the same site. This consistent overestimation is greatest in the period following tracer introduction and leads to a measurement bias that may be as high as 300 per cent. The magnitude of the bias decreases with time, as the tracer is incorporated into the surface material, but remains detectable statistically for more than a year on some low-angle sites.     

Die fazielle und paläogeographische Entwicklung der infrakambrischen bis ordovizischen Sedimente im Mittleren Antiatlas um Agdz (S-Marokko)

Zusammenfassung Die Entwicklung des Adoudounien (Infrakambrium) und Géorgien (Unterkambrium) ist im Mittleren Antiatlas durch einen Wechsel von marinen und kontinentalen Sedimenten gekennzeichnet. Wildbachablagerungen an der Basis und an den Beckenrändern werden von marin-marginalen stromatolithischen Karbonaten abgelöst. Ignimbrite belegen wiederholte terrestrische Sedimentation.Mit fluviatilen Sanden und wiederum Stromatolithen und lagunären Karbonaten (mit ersten Trilobiten!) setzt ein zweiter transgressiver Großzyklus ein, der an der Wende Infra-/Unter-Kambrium einen ersten Höhepunkt erreicht. Durch regressive Kleinzyklen charakterisierte Abfolgen leiten zu Sandsteinen über, die als Ablagerungen eines Deltas gedeutet werden.Vom Mittelkambrium bis Ordovizium dominiert marine Schelfsedimentation.

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The formations of Adoudounien (Infra Cambrian) and Géorgien (Lower Cambrian) of the middle Anti-Atlas are characterized by an alternation of marine and continental sediments. Torrent conglomerates at the base and the margins of the basin took turns to marine-marginal stromatolitic carbonates. Ignimbrites prove repeated terrestrial sedimentation.A second transgressiv megasequence begins with fluviatil sands and goes on with stromatolites and lagoon carbonates (first Trilobites). This transgression reachs his first culmination at the Infra-/Lower-Cambrian boundary. Typical regressiv cycles form a transition to sandstones, which are interpreted as sediments of a delta.Marine shelf environment dominates from Middle Cambrian to Ordovician beds.

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Résumé Dans le moyen Anti-Atlas, l'évolution de l'Adoudounien et du Géorgien est caractérisée par un changement des sédiments marins et continentaux. Les dépôts des torrents à la base et dans la bordure du bassin font place à des carbonates marins marginaux stromatolithiques. Les ignimbrites marquent le retour fréquent à la sédimentation terrestre.Une deuxième mégaséquence transgressive débute avec des sables fluviatiles, des stromatolithes et des carbonates lagunaires (premiers trilobites). La transgression atteint une première phase culminante à la transition de l'Adoudounien au Géorgien. Des séquences caractérisées par de petits cycles régressifs conduisent à des grès qui pourraient être interpré tés comme des sédiments deltaïques.A partir du Cambrien moyen jusqu'à l'Ordovicien prédomine un milieu de plate-forme externe.

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Adoudounien — — Géorgien — — . — — . , - , , . , , . .

     

Geothermal gas equilibria

Comparison of theoretical and analytical equilibrium constants based on the reactions CH₄ + 2H₂O = CO₂ + 4H₂, 2NH₃ = N₂ + 3H₂ and iron(II)-aluminium-silicate + 2H₂S = FeS₂ + H₂ + aluminium-silicate, shows that the composition of fluids discharged from geothermal areas in New Zealand (Wairakei, Kawerau, Broadlands) reflects close to complete attainment of chemical equilibrium within the system H₂O, CO₂, H₂S, NH₃, H₂, N₂ and CH₄. Under conditions prevailing in explored geothermal systems in New Zealand, the minerals graphite (elemental carbon), anhydrite, pyrrhotite, magnetite do not appear to take part in the overall equilibrium system. The three physical parameters required to evaluate geothermal gas reactions are temperature, pressure and vapor-liquid ratios within the gas equilibration zone.     

Stratigraphisch-fazielle Identifizierung von Sedimenten auf chemisch-geologischem Wege

Zusammenfassung Die Bor-Gehalte des paralischen Oberkarbons sind vorwiegend von der ursprünglichen Salinität im Ablagerungsgebiet abhängig. Daneben scheint das Klima eine Auswirkung zu haben, die sich durch die Erhöhung der Bor-Gehalte vom Westfal B an und im Rotliegenden, Keuper und Tertiär bemerkbar macht.

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The boron contents of the paralic Upper Carboniferous depend principally on the original salinity in the area of sedimentation. Besides, the climate appears to have an effect that manifests itself by increase in the boron contents from the Westphalian B on and in the Rotliegendes, Keuper and tertiary.

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Résumé Les teneurs en bore du Carbonifère supérieur pralique dépendent avant tout de la salinité originale de la région de sédimentation. Par ailleurs, le climat paraît avoir eu une influence qui se traduit par un accroissement des teneurs en bore dans le Westphalien B, le Rotliegende, le Keuper et le Tertiaire.

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Metamorpher Übergang Saxothuringikum-Moldanubikum östlich tirschenreuth/opf., nachgewiesen durch phasenpetrologische Analyse

Based upon the knowledge of the field relations the mineral assemblages of the various metamorphic rocks of the area are plotted in AKF-diagrams with the aim at determining possible mutual reaction relationships. For the eastern part a continuous metamorphic transition follows, starting with mica schists of the Lower Palaeozoic Saxothuringicum as characterized by the assemblage biotite-muscovite- and alusite through a series of biotite-sillimanite-gneisses with garnet of K feldspar into the high-grade gneisses and migmatites of the Moldanubicum as typified by cordierite-sillimanite-K feldspar parageneses. Hence the age of this metamorphism common to all units is probably early Variscan (= Hercynian). In the western part the Moldanubian unit, in particular, was affected by wide-spread later diaphthoresis creating mineral assemblages like chlorite-biotite-muscovite and chlorite-phengitic white mica, that represent a lower facies than that of the neighbouring mica schists. This diapthoresis is also of Hercynian age, because it is followed by the intrusion of igneous rocks probably during Sudetic (= Middle Carboniferous) times.     

Applications of the random model of drainage basin composition

The random model of drainage basin composition is founded on the assumptions that (a) natural channels are topologically random in the absence of geological controls and (b) for channel networks developed in similar environments, the exterior and interior link lengths are independent random variables with a common distribution for each type. The effectiveness of this model in estimating the values of geomorphic variables and in explaining and predicting geomorphic relationships is illustrated by several examples. The data required for these examples were obtained from map studies of 30 channel networks, comprising a total of about 8700 links, in eastern Kentucky. A common factor in the success of all three applications of the model is the way in which the planimetric features of drainage basins are determined by their underlying topologic structure.     

Boundary-layer diffusion modelling: The Gaussian plume approach versus the spectral solution

The equation of turbulent diffusion is solved for a vertical area source within the planetary boundary layer. The traditional Gaussian-plume approach is compared with the spectral solution of the diffusion equation used together with the barotropic boundary-layer model of Lettau and Dabberdt (1970). The results of the numerical computations are presented and the differences between the solutions are discussed.     

The upper thermal stability of clinochlore,Mg5Al[AlSi3O10](OH)8, at 10–35 kb P_{{\text{H}}_{\text{2}} {\text{O}}}

Clinochlore, which is, within the limits of error, the thermally most stable member of the Mg-chlorites, breaks down at = P _tot to the assemblage enstatite+forsterite+spinel+H₂O along a univariant curve located at 11 kb, 838 ° C; 15kb, 862 ° C; and 18 kb, 880 ° C (±1 kb ±10 ° C). At water pressures above that of an invariant point at 20.3 kb and 894 ° C involving the phases clinochlore, enstatite, forsterite, spinel, pyrope, and hydrous vapor, clinochlore disintegrates to pyrope+forsterite+spinel+H₂O. The resulting univariant curve has a steep, negative dP/dT slope of –930 bar/ °C at least up to 35 kb.Thus, given the proper chemical environment, Mg-chlorites have the potential of appearing as stable phases within the earth's upper mantle to maximum depths between about 60 and 100 km depending on the prevailing undisturbed geotherm, and to still greater depths in subduction zones. However, unequivocal criteria for mantle derived Mg-chlorites are difficult to find in ultrabasic rocks.     

Zur Sedimentologie eines arktischen Deltas (Colville Delta,Nordalaska)

Zusammenfassung Im August 1971 wurden vom Verfasser Feldarbeiten zur Sedimentologie des Colville Deltas, Alaska, durchgeführt. Aus subaquatischen Typlokalitäten wurden Probenkerne gezogen und auf Strukturen, Korngrößen und Mineralogie hin untersucht. Neben konventionellen Labormethoden kamen moderne elektronische Verfahren zum Einsatz (Röntgenradiographie, Röntgendiffraktometrie, Elektronenmikroskopie). Die Arbeiten sind Teil eines Programmes, dessen Gesamtleitung Prof. Dr. H. J. Walker, Baton Rouge, USA, hatte und das unterstützt wurde von: Arctic Program and Geography Programs, Office of Naval Research.

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In August 1971, sedimentological field work was carried out by the author in the Colville River delta, Alaska. Short cores were taken from several deltaic environments and analyzed for structure and composition. Laboratory analysis included both conventional laboratory methods and modern electronic techniques (radiography, X-ray diffractometry, electron microscopy). The research reported is part of a program headed by Prof. Dr. H. J. Walker, Baton Rouge, USA, and was supported by the Arctic Program and Geography Programs, Office of Naval Research.

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Résumé En auguste 1971 l'auteur a étudié sur le terrain la sédimentologie du delta de Colville (Alaska). On a prélevé des échantillons dans des profiles de divers environnements typiques; on en a examiné les structures et la composition par les méthodes traditionelles et électroniques (rayons X, radiographie et diffractométrie, microscope électronique). Ces investigations font partie d'un programme sous la direction du Prof. Dr. H. J. Walker, Baton Rouge, USA, subventionné par »Arctic Program and Geography Programs, Office of Naval Research«.

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1971 . , . , . , - , . , . . H. J. Walker, Baton Rouge, USA Arctic Program, and Geography Programs, Office of Naval Research.