A computer model for stress-volume relationships of porous rocks with various saturations

SummaryA Computer Model for Stress-Volume Relationships of Porous Rocks with Various Saturations A model has been developed that predicts the hydrostatic and one-dimensional strain, stress-volume relationship for porous rocks with various fluid contents. The model uses spherical and penny-shaped pores and includes distributions in both size and separations of these pores. Some of the pores are interconnected to allow the passage of fluid as the porosity changes. The model is calibrated to the dry hydrostatic pressure-volume relationship and is then used to predict the stress-volume relationships for saturated or partially saturated rocks. The model predictions are compared to the experimental results for Mt. Helen tuff.

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ZusammenfassungEin Computer-Modell für die Beziehungen zwischen Spannung und Volumen poröser Gesteine mit verschiedenen Sättigungsgraden Es wurde ein Modell zur Vorhersage des Verhältnisses von hydrostatischer Spannung bzw. durch eindimensionale Verformung erzeugter Spannung zu Volumen poröser Gesteine mit unterschiedlichem Flüssigkeitsgehalt entwickelt. Das Modell benutzt kugelförmige und münzenförmige Poren und berücksichtigt sowohl verschiedene Größen- als auch Abstandsverteilungen dieser Poren. Zwischen einigen der Poren bestehen Verbindungen, die bei wechselnder Porosität das Durchfließen von Flüssigkeit ermöglichen. Das Modell wird auf das Verhältnis von hydrostatischer Spannung zu Volumen im Trockenzustand geeicht und dann zur Vorhersage des Spannungs-Volumen-Verhältnisses des gesättigten oder teilweise gesättigten Gesteins benutzt. Die Modellvorhersagen werden mit den experimentellen Ergebnissen für einen Tuff des Mt. Helen verglichen.

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RésuméComputer-Modèle pour les relations entre contrainte et volume de roches poreuses de saturation différente On a établi un modèle qui permet de prédire la relation entre la contrainte hydrostatique et la contrainte résultante de la déformation unidimensionnelle, d'une part, et, d'autre part, le volume de diverses roches poreuses ayant diverses teneurs en fluides. Le modèle prévoit des pores sphériques et des pores en forme de disques et comporte des répartitions à la fois suivant la taille des pores et suivant qu'ils sont séparés ou non. Certains pores sont reliés entre eux pour permettre le passage du fluide lorsque la porosité se trouve modifiée. Le modèle est calibré par rapport à la relation à sec entre la contrainte hydrostatique et le volume; il est ensuite utilisé pour prédire les relations entre contraintes et volume de roches saturées ou partiellement saturées. Les prédictions du modèle sont comparées aux résultats expérimentaux obtenus avec le tuf de Mount Helen.

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Work performed under the auspices of theU. S. Department of Energy by theLawrence Livermore Laboratory under contract number W-7405-ENG-48.

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With 7 Figures     

An experiment proving that dilatancy is a pervasive volumetric property of brittle rock loaded to failure

Summary An Experiment Proving that Dilatancy is a Pervasive Volumetric Property of Brittle Rock Loaded to Failure. Dilatancy, that is, volumetric expansion relative to the compression resulting from elastic deformation is often observed in the compression of rock specimens to failure. This phenomenon is of considerable importance to the understanding of the processes of rock failure and in their application to geological and engineering problems. Most of the observations to date have been made on small cylindrical specimens of rock, with a high surface area to volume ratio; frequently by means of resistance strain gauges cemented to the surface of the specimen. The possibility of the measured dilatancy being a superficial phenomenon due to anomalous surface deformations cannot be excluded. Measurements of dilatant deformation on the inside and outside of hollow cylindrical specimens during compression under homogeneous stresses provide a means of resolving this uncertainty. Superficial dilatancy would result in a relative diminution of the cross-section of the hole as that of the outside of the specimen increases with deformation; whereas pervasive volumetric dilatancy would result in similar relative increases in the cross-section of both the hole and the specimen. Experiments on hollow cyclindrical specimens of quartzite show that dilatancy is a pervasive volumetric phenomenon.

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Zusammenfassung Experimenteller Nachweis zur Dilatanz als volumenbezogene Eigenschaft spröder, bis zum Bruch belasteter Körper. Dilatanz, d. h. relative Volumenvergrößerung im Vergleich zur elastischen Zusammendrückung, ist ein Phänomen, welches häufig bei der Druckbeanspruchung von Gesteinen beobachtet werden kann. Diese Erscheinung ist für das Verständnis der Bruchvorgänge von Gesteinen und deren Anwendung auf geologische und technische Probleme von beträchtlicher Bedeutung. Ein Großteil der bisherigen Untersuchungen zu dieser Frage wurde an kleinen zylindrischen Probekörpern mit großem Verhältnis von Oberfläche : Volumen durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurden meist Dehnmeßstreifen an die Oberfläche der Probekörper geklebt. Demnach kann die Möglichkeit nicht ausgeschlossen werden, daß die beobachtete Dilatation infolge abnormaler Oberflächenverformungen ein Oberflächenphänomen ist. Messungen der Dilatation an der Innen- und Außenseite eines hohlen zylindrischen Probekörpers während der Druckbeanspruchung in einem homogenen Spannungsfeld bilden eine Möglichkeit, diese Ungewißheit zu beseitigen. Im Falle einer oberflächengebundenen Dilatation würde es zu einer relativen Verkleinerung des inneren Querschnittes des hohlen Probekörpers kommen, während die Dilatation der Außenseite mit der Verformung anwachsen würde. Demgegenüber würde es im Falle der Dilatation als einer volumetrischen Eigenschaft zu einer ähnlichen relativen Vergrößerung des inneren Querschnittes des hohlen Probekörpers und des Probekörpers selbst kommen. Die Experimente an hohlen zylindrischen Probekörpern aus Quarzit zeigen, daß die Dilatanz ein volumetrisches Phänomen ist.

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Résumé Expérience prouvant que la dilatance est répartie dans tout le volume des roches fragiles chargées jusqu'à la rupture. La dilatance, c'est-à-dire l'augmentation de volume par rapport à la déformation élastique en compression, se manifeste souvent quand on comprime des échantillons de roche jusqu'à la rupture. Ce phénomène a une importance considérable pour la compréhension des processus de rupture des roches, et pour les applications aux problèmes géologiques et géotechniques. La plupart des essais ont été faits à ce jour sur de petits échantillons cylindriques, dont la surface est grande par rapport au volume, le plus souvent au moyen de jauges à résistance collées sur la surface de l'échantillon. Il reste la possibilité que la dilatance mesurée ne soit qu'un phénomène superficiel, dû à des déformations anormales de la surface.Pour lever cette incertitude, on peut mesurer la dilatance à la fois sur la surface externe et sur la surface interne de cylindres creux soumis à des contraintes homogènes: une dilatance superficielle produirait une diminution de la section du trou et une augmentation de la section totale, tandis qu'une dilatance répartie dans tout le volume produirait des augmentations de section similaires. Les essais sur cylindres creux de quartzite montrent que la dilatance est un phénomène réparti dans tout le volume.

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With 4 Figures     

On the dynamics of scree slopes

SummaryOn the Dynamics of Scree Slopes It is shown that the following dynamical phenomena occur on a scree slope: Collapse because of lack of stability, rapid slides of debris material, slow sliding of large blocks, jumping and rolling of large stones, and particle-separation due to a sieving effect. The mechanisms of these phenomena are investigated in detail; it is shown that the stability and the slow sliding of blocks can be explained by soil mechanics methods, the debris slides by the law of dry friction, the rolling of stones by the laws or rolling of spheres, and the sieving effect by a theory analogous to that encountered in the filtration of suspensions through porous media.

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ZusammenfassungZur Dynamik der Schutthalden Es wird gezeigt, daß folgende dynamische Vorgänge auf einer Schutthalde stattfinden: Zusammenbruch mangels Stabilität, schnelles Rutschen von Schuttmaterial, langsames Gleiten von großen Blöcken, Hüpfen und Rollen von großen Steinen und Teilchenseparation durch einen Siebeffekt. Die Mechanismen dieser Phänomene werden im Detail untersucht; es wird gezeigt, daß die Instabilität und das langsame Gleiten von großen Blöcken durch bodenmechanische Theorien erklärt werden können; das schnelle Rutschen von Schutt durch die Gesetze der trockenen Reibung; das Rollen von Steinen durch die Rollgesetze von Kugeln und der Siebeffekt durch eine Theorie, die derjenigen der Filtration von Suspensionen durch poröse Stoffe analog ist.

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RésuméPhenomènes dynamiques d'un talus d'éboulis Les phénomènes dynamiques d'un talus d'éboulis décrits ci-après sont des glissements rapides de masses tombées d'une paroi, des glissements lents de gros blocs, de blocs qui roulent ou sautent et de la séparation des particules par effet de tamisage. Il est montré que la stabilité et le glissement lent peuvent être expliqués par les méthodes de la mécanique des sols, le glissement d'éboulis par la loi du frottement sec, le roulement de blocs par les lois de sphères roulantes et l'effet de tamisage par une théorie analogue à celle qui explique la filtration de la matière en suspension par un milieu poreux.

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Report from 22nd Geomechanic-Colloquium, October 1973, Salzburg.

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With 12 Figures     

Zur Ursache der Entstehung oberflächenparalleler Klüfte

ZusammenfassungZur Ursache der Entstehung oberflächenparalleler Klüfte Damit oberflächen- bzw. hangparallele Klüfte entstehen können, sind beträchtliche und dazu in den einzelnen Zonen unterschiedliche Verformungsbeträge notwendig. Das Maß der Gesteinsverformung auf Grund von Spannungsänderungen, die infolge allmählichen Abtrags und damit Entlastung bei einem Taleinschnitt von einigen Dekametern auftreten, ist — jedenfalls allen Spannungs-Dehnungsmessungen zufolge — für eine solche Auswirkung zu unbeträchtlich. Bei einem gesteinsmechanischen Untersuchungsprogramm an Kernproben aus der 6000 m tiefen Bohrung Münsterland 1 konntennach der Förderung an die Tagesoberfläche (Entlastung) keine weiteren Verformungen der Gesteine mehr festgestellt werden. Lediglich nahm die Bruchfestigkeit mit längerer Lagerzeit noch geringfügig ab, was aber auch auf Veränderungen der feinsten Wasserhüllen o. ä. zurückgeführt werden kann. Bei Proben aus größeren Teufen auftretende Entlastungsklüfte, durch welche Bohrkerne längsgeteilt an die Tagesoberfläche kamen, konnten mit Verformungsanisotropie erklärt werden, die an diesen Proben festgestellt wurden. Endlich aber bewiesen Verformungsmessungen bei schwellenden Belastungen, daß selbst nach einigen zehntausend Lastwechseln noch gleichzeitig mit der Spannungsänderung auch die Verformung einhergeht. Danach besteht z. B. bei Taleinschnitten kein Anlaß, anzunehmen, der Fels würde dort gelegentlich mit der Reaktion warten, bis ein größerer Abtrag erfolgt ist.Bei verschiedenen Gesteinen (Mergelkalkstein, Kalkstein, Sandstein, Tonstein, Granit und Basalt) wurde der Verformungsverlauf sowohl bei Temperaturänderung zwischen –20° und +80°C bei Normaldruck als auch bei Druckaufbringung zwischen 0 und 1800 kp/cm² bei Zimmertemperatur experimentell bestimmt. Die Verformungen infolge Temperaturänderungen sind beträchtlich. Ein Vergleich mit denen aus Entlastung zeigt, daß z. B. bei Granit, Kalkstein und Basalt eine Temperaturänderung um 100°C größere Verformungen nach sich zieht als 10000 m Gesteinsabtrag. Temperaturschwankungen im Tag-Nacht-Rhythmus oder im Jahresablauf sind selbst in unserem gemäßigten Klima noch beträchtlich und bedingen Verformungsbeträge, die auf Grund von Entlastung erst durch Abtrag von vielen Metern Überdeckung erreicht werden könnten. Dazu wiederholen sich diese Temperaturschwankungen ständig, wodurch — nach aufgezeigten Versuchsergebnissen — auch geringere Spannungen bereits zum Bruch führen. Die bei Talsperrenuntersuchungen im Rheinischen Schiefergebirge bis 30 m unter der Hochfläche festgestellte Auflockerungszone, deren untere Begrenzung horizontal verläuft und unter den Tälern nicht tiefer reicht — wie es bei Entspannung ja sein müßte —, kann als Folge der Temperaturerniedrigung während des Diluviums gedeutet werden. Für die Tektonik wird die Frage aufgeworfen, ob nicht eventuell sogar ein Kluftsystem bei der mit der Heraushebung eines Gebietes verbundenen Abkühlung entstehen kann.

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SummarySome Reflections on the Cause of the Formation of Joints Parallel to the Surface For the origination of fissures parallel to the horizontal or inclined surface considerable strains are necessary, and that in varying degrees in the different zones. According to all measurements of stress-strain relations the rock deformation due to unloading by erosion and natural excavation of some decameters in a valley is far too small for such an effect. In a rock mechanical research program with samples from the boring Münsterland 1, which was 6000 meters deep, no further deformations could be detected after hauling the material to the surface (unloading). Only the failure strength of stored samples decreased slightly with time; this could have been due to small changes in the adsorbed water layers or similar effects. Samples from larger depths arrived at the surface axially dissected in two halves. This observation is explained with the anisotropic stress-strain relation of the material. Last not least deformation measurements during cyclic loading and unloading showed that even after ten thousands of repetitions stress and strain occur synchronously. Therefore no reason exists for an assumption that during excavation of valleys the deformation of the rock may be retarded until a larger unloading is reached.For different rocks (marly limestone, limestone, claystone, granite and basalt) the strains have been measured due to temperature variations between –20 and +80 degrees centigrade under ambient pressure as well as due to variation of this ambient pressure from 0 to 1800 kp/cm² at room temperature. The deformations due to temperature changes are quite considerable. A comparison with those due to unloading shows that a change in temperature of 100 degrees brings about larger strains than the abrasion of 10000 m of rock. Even in our temperate zone temperature variations from day to night or during a year are rather large and result in strains which would correspond to an abrasion of several meters. Moreover by the continuous repetition of this straining fracture is reached with comparatively small stresses as indicated by test results.The dissected zone observed during investigations for dam projects in the Rhein. Schiefergebirge reaches to a depth of up to 30 meters below the plateau; its lower boundary is horizontal not being deeper under the valleys as it should be if caused by unloading. This dissection can be explained as an effect of the drop in temperature during diluvial times. Concerning tectonics the question is raised if a system of joints can be produced by cooling connected with the uplift of a region.

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RésuméSur l'origine des fissures parallèles à la surface du sol L'apparition de fissures parallèles à la surface du sol exige des déformations considérables, et variant d'un point à un autre.L'érosion d'une vallée, sur quelques dizaines de mètres, se traduit par des variations de contrainte, mais la valeur des déformations correspondantes est trop insignifiante, dans le cadre des relations entre les contraintes et les déformations.Dans un programme de recherches de mécanique des roches portant sur les carottes du sondage Münsterland 1 de 6000 m de profondeur, on n'a pas constaté de déformation de la roche après l'extraction. Seule la résistance à la rupture diminue légèrement en fonction de la durée de stockage, ce qu'on peut justifier par des modifications de l'eau des pores. Les carottes extraites des profondeurs plus grandes arrivaient au jour partagées en long, ce qui peut s'expliquer par l'anisotropie de leur déformation. Enfin et surtout les mesures de déformation pendant les cycles de charge et décharge, même après 10000 cycles, montrent que la déformation reste fonction des variations de contrainte, et simultanée. D'aprés cela, il n'y a pas de raison pour que dans une vallée par exemple la roche attende une érosion importante pour réagir.Pour différentes roches (calcaires marneux, calcaires, grès, argilites, granites, basaltes), les déformations ont été étudiées expérimentalement d'une part pour la pression atmosphérique entre –20° et +80°, d'autre part à la température ambiante sous des pressions de 0 à 1800 bars. Les déformations thermiques sont importantes. La comparaison avec les déformations mécaniques montre, par exemple pour du granite, du calcaire ou du basalte, qu'une variation de température de 100° produit des déformations plus grandes que l'enlèvement de 10000 m de roche. Les variations thermiques journalières ou annuelles sont importantes même sous notre climat tempéré et les déformations correspondantes peuvent être comparées à l'enlèvement de beaucoup de mètres de couverture. Comme ces variations se répètent régulièrement, et d'après les résultats d'essai déjà cités, même des contraintes modérées peuvent conduire à la rupture. Les reconnaissances de barrages dans le Massif schisteux Rhénan ont montré une zone désagrégée jusqu'à 30 m de profondeur, dont la limite est horizontale et ne s'approfondit pas sous les vallées comme ce serait le cas si la décharge en était la cause.Ceci peut s'expliquer par le refroidissement du début du quaternaire. En tectonique la question se pose de savoir si un système de fissures peut se développer à cause du refroidissement lié au soulèvement d'une région.

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Vortrag im Geologischen Landesamt N.-W. am 5. 2. 1968.

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Mit 9 Abbildungen     

Impact and comminution processes in soft and hard rock

SummaryZertrümmerung von harten und weichen Felsen Eine experimentelle Untersuchung der Zertrümmerung von harten und weichen Felsen, nämlich grüner Tonschiefer und Diorit unter stoßartiger Belastung von Stahlkugeln mit 6,35 mm Durchmesser und von gewöhnlicher Munition wurde ausgeführt. Laborprüfungen mit Scheiben beider Materialen von 140 mm Durchmesser und unterschiedlichen Dicken wurden mit Kugeln durchgeführt im Geschwindigkeitsbereich von 50–260 m/s mittels einer Gasdruckkanone und für 340–2500 m/s mittels einer Pulverkanone. Geländeprüfungen an senkrechten Felsklippen aus Tonschiefer, ausgegraben in einem offenen Bergwerk, wurden durch Feuern von 20- und 40-mm-Geschossen mit Geschwindigkeiten von 610–880 m/s vorgenommen.Größe und Verteilung der Bruchstücke der verschiedenen Ziele wurden gemessen und die Geschwindigkeit gewisser Splitter wurde fotografisch bestimmt. Die Dimensionen der Krater und Höhlungen, erzeugt durch die Geschoßflugbahn, wurden bestimmt; plastische Verformung des Tonschiefers war in manchen Fällen vorhanden. In den ersten Versuchsreihen wurde auch die auf ein ballistisches Pendel übertragene Energie gemessen. Man bemühte sich, die Energie der durch den Stoß erzeugten Wellen in den Dioritscheiben zu messen, welches eine speziell zusammengesetzte, mit Dehnungsmeßstreifen ausgestattete Probe verlangte. Das Rißmuster auf einem diametralen Schnitt, verdeutlicht durch eine Farbflüssigkeit, wurde fotografisch vergrößert und vermessen.Man fand, daß in einem Bereich von sechs Dekaden der Schlagenergie die Tiefe des Loches im Tonschiefer eine gute Korrelation sowohl zu Anfangsimpuls als auch zu Anfangsenergie zeigte, und daß das Phänomen gut durch ein rein viskoses Ziel modelliert werden konnte. Die Zertrümmerungsenergie, welche die Differenz zwischen Anfangsenergie der Kugel und gemessenen Energien der Wellen im Ziel, Abprall der Kugel und Bewegung der Bruchteile ist, erreichte eine Größenordnung von 70–85 Prozent. Für die zur Bildung neuer Rißflächen benötigte Energie konnten wegen der Unsicherheit in der Bestimmung dieser Flächen nur obere und untere Grenzen ermittelt werden. Obwohl die Oberfläche der Ausbruchteile aus der gemessenen Größenverteilung und ihrer Gestalt, welche nur von einer Dimension abhing, bestimmt wurde, ist es nötig, die augenblickliche Forschung noch viel weiter zu treiben um eine komplette Analyse des Zerkleinerungs- und Ausstoßungsprozesses zu gewinnen.

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ZusammenfassungImpact and Comminution Processes in Soft and Hard Rock An experimental investigation was conducted to study the fragmentation of soft and hard rock, green shale and diorite, under conditions of impact by 6.35-mm (1/4-in.) diameter steel spheres and standard ammunition. Laboratory tests were conducted with the spheres at velocities from 50–260 m/sec (160–860 ft/sec) using a compressed gas gun and at speeds ranging from 340–2500 m/sec (100–8500 ft/sec) produced by a powder gun on 140-mm (5.5-in.) diameter disks of various thicknesses of both rocks. Field tests were also conducted with 20 and 40 mm ammunition fired at velocities in the range from 610–880 m/sec (2000–2900 ft/sec) against the excavated vertical green shale walls of a large open pit mine.Information has been collected on the size and distribution of the fragments dislodged from the various targets, and by means of photographic techniques, of the velocity of some of the ejecta. Crater and penetrating hole measurements have been performed and the compaction of the shale was noted in some instances. The energy transferred to a ballistic pendulum initially employed in the tests was determined. A major effort was exerted to measure the energy contained in the waves generated by impact in the diorite disks, involving a specially sectioned and straingaged composite sample; the crack pattern on a diametral section, delineated with the aid of a dye penetrant, was observed with suitable enlargement.It was found that, over a range of six decades of energy of the striker, the penetration depth in shale scaled reasonably well with both initial momentum and initial energy, and that the phenomenon could be satisfactorily modeled by a purely viscous target material. The energy of comminution for diorite, consisting of the difference between initial striker energy and the measured energies due to waves in the target, rebound of the projectile and motion of the ejecta was found to be of the order of 70 to 85 percent. Only upper and lower bounds could be established for the energy required to produce unit new surface in this event due to uncertainties in the establishment of crack surface generation. While the ejecta surface area was determined from the measured size distribution and a geometric configuration governed by a single linear dimension, a complete analytical representation of the comminution and ejection process will require considerable further study and experimentation.

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RésuméFragmentation des rocs mous et durs On rapporte des expériences faites pour étudier la fragmentation de rocs mous et durs, en particulier: du schiste vert et du diorite, soumis aux chocs produits par des boules d'acier de 6,35 mm de diamètre ou par des balles. Les spécimens de rocs au laboratoire étaient des disques de 140 mm de diamètre et d'épaisseurs diverses. La vitesse d'impact des boules lancées d'un canon à gaz comprimé était comprise entre 50 et 260 m/s, tandis que celle des balles tirées d'un canon à poudre était comprise entre 340 et 2500 m/s. On a aussi fait des expériences à l'extérieur en lançant des projectiles d'artillerie de 20 et 40 mm de diamètre contre un mur vertical de schiste vert dans une carrière; la vitesse d'impact était comprise entre 610 et 880 m/s.On a déterminé la taille et la distribution des fragments détachés des diverses cibles, et dans certains cas par une technique photographique la vitesse des fragments. On a mesuré la taille des cratères et des trous produits par les projectiles et, dans certains cas, la déformation plastique du schiste vert a été notée. En plus, dans quelques expériences initiales, l'énergie transférée à un pendule balistique a été determinée. Un effort majeur a été consacré à la mesure de l'énergie des ondes produites par le choc dans les disques de diorite en utilisant une éprouvette sectionnée, munie de jauges de contrainte électrique, et recollée. La conformation des fissures le long d'une coupe diamètrale a été coloriée pour la rendre visible et pour la photographier.Sur un domaine de six décades d'énergie initiale, la profondeur de pénétration dans le schiste correspond d'une manière assez satisfaisante à l'impulsion et à l'énergie initiale; donc le phénomène peut être représenté dans ce domaine par une cible visqueuse. L'énergie de fragmentation, égale à la différence entre l'énergie initiale et la somme de trois termes: l'énergie des ondes dans la cible, l'énergie cinétique des fragments et celle du projectile sortant, est de l'ordre de 70 a 85 pourcent.On n'a pu que déterminer des limites supérieures et inférieures de l'énergie requise pour former les surfaces des fissures à cause de la difficulté de déterminer l'aire de ces surfaces. La surfaces des fragments a été établie, d'après l'hypothèse que la distribution de leurs tailles et leurs configurations géométriques pouvaient être déterminées par une seule mesure de longeur. Cependant, pour arriver à une théorie complète concernant la perte d'énergie et le processus de fragmentation, il faudra une étude et des expériences beaucoup plus étendues.

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With 15 Figures     

On the origin of sheet jointing

SummaryOn the Origin of Sheet Jointing Although the deep-seated fractures which run approximately parallel to the land surface and are known as sheeting joints are widely attributed to erosional offloading alone, there is much evidence and argument which casts doubt on this hypothesis. There is no sound mechanical reason why fractures should normally develop as a result of decompression. Sheet jointing is well developed in strata which have never been deeply buried. The domed inselbergs on which sheet jointing is commonly displayed appear to survive by virtue of their joints being compressed, which is inconsistent with the sheet jointing developing through radial expansion or tensional stress. A few inselbergs are underlain by rocks affected by sheeting joints which are not parallel to the hill profile but on the contrary dip into the slopes of the residuals. These and other types of evidence and lines of argument point to sheeting joints having developed under compressive stress.The joints determine the shape of the land surface and not vice versa.

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ZusammenfassungÜber den Ursprung von Plattenklüften Obwohl die tiefliegenden, ungefähr zur Geländeoberfläche parallel verlaufenden, als Plattenklüfte bezeichneten Brüche verschiedentlich der Sonneneinstrahlung u. ä., weitgehend aber der Entlastung durch Erosion allein zugeschrieben werden, liegt eine Reihe von Argumenten vor, die Zweifel an dieser Hypothese aufkommen lassen. Es gibt für die Annahme einer Druckentlastung als Ursache für diese Entscheidung keinen mechanisch verständlichen Grund. Plattenklüfte sind deutlich in Gesteinen ausgebildet, die nie eine größere Überlagerung hatten. Domartige Inselberge oder Bornhardts, bei denen Plattenklüftung weit verbreitet und gut entwickelt ist, scheinen ihre Formresistenz dadurch zu sichern, daß ihre Klüftung unter Kompression stand. Dies widerspricht einer Erklärung als Effekt einer radialen Ausdehnung oder einer Dehnungsspannung. Einige Inselberge sind von Gesteinen unterlagert, die eine Plattenklüftung aufweisen, welche nicht parallel zum Bergprofil verläuft, sondern gegen die Hänge des Inselberges einfällt.Vieles deutet darauf hin, daß die Plattenklüftung nicht als Folge einer Druckentlastung, sondern als Folge einer Druckbelastung zu deuten ist.Plattenklüfte und druckbedingte Verwerfungen treten häufig zusammen auf. Messungen geben Zeugnis von hoher Druckbelastung in Bergwerken und Steinbrüchen. Druckbelastung scheint ein physikalischer Parameter für die Ausbildung von Plattenklüftung zu sein. Auch viele morphologische Merkmale, die mit Plattenklüftung verbunden sind, weisen auf Kompression hin. Eine solche macht insbesondere die Formresistenz der Inselberge verständlich.

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RésuméSur l'origine des joints en nappe L'origine des fractures profondes, dites joints en nappe, qui sont à peu près parallèles à la surface de la terre, a été attribuée à plusieurs causes, dont l'insolation, l'altération chimique, l'injection plutonique, l'expansion métasomatique et le soulèvement vertical. Ces idées peuvent fournir des explications partielles, ou bien elles peuvent éclaircir des cas particuliers, mais en tant qu'explications générales elles ne sont pas acceptables.La présence des joints en nappe est attribuée le plus souvent à l'allègement par l'érosion uniquement, au point que certains géologues les désignent sous le nom de joints d'allègement. Toutefois de nombreux témoignages et discussions mettent cette hypothèse en doute. Aucune raison mécanique valable ne mène normalement au développement des fractures par suite de la décompression. Les joints en nappe se montrent aussi bien dans des couches qui n'ont jamais été profondément enfouies. Les inselbergs à dôme ou bornhardts, sur lesquels les joints en nappe se manifestent amplement, paraissent subsister en raison de la compression de leurs joints; il s'ensuit que le développement de ces joints en nappe ne peut pas être attribuable à l'expansion radiale ou au travail à la tension. Quelques-uns des inselbergs ont pour base des roches qui ont été soumises à l'influence des joints en nappe qui ne sont pas parallèles au profil de la colline mais qui, au contraire, s'inclinent jusque dans les pentes des résiduels.D'autre part, divers témoignages et discussions font croire que les joints en nappe ont pu évoluer par la suite du travail à la compression. Certaines failles sont causées par la compression, et d'ordinaire les failles et les joints en nappe se produisent dans des conditions uniformes; il existe des observations de mesures de compression très considérable dans beaucoup de mines et carrières; le travail à la compression paraît matériellement capable de produire ces joints; de nombreuses caractéristiques morphologiques associées aux joints en nappe se rapportent à la compression. Ce qui s'explique surtout, c'est la conservation des inselbergs à dôme.Cette hypothèse propose donc que les joints en nappe déterminent les configurations de la surface terrestre, et non vice versa.

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With 13 Figures     

Prestressing of the lining of a hydrotechnic tunnel in a watertight rock mass by grouting

SummaryPrestressing of the Lining of a Hydrotechnic Tunnel in a Watertight Rock Mass by Grouting The possibility and effect of prestressing of a tunnel lining by grouting of the rock mass, consisting of quartz sandstones and schists, were investigated on a full scale model in the test chamber of 5.0 m diameter and 33.0 m length.Grouting was carried out in two phases and with two different kinds of grouting mixtures. In the first phase the mixtures of coarse sand material of discontinuous grain sizes were grouted under low pressure and remained porous after grouting. In the second phase a cement mixture with added plasticizers was applied and grouted using grouting pressure up to 30.0 atm. The porous fill between the lining and the rock obtained by the first phase of grouting allowed a large radius of mixture activity in the second phase, with consequently greater effects.A group grouting system with a possibility of simultaneous grouting in 32 boreholes, was applied.Prestressing of the lining was achieved by grouting. The stresses decreased in the beginning, but later (after about 2 months) obtained their permanent values.Stresses and deformations in the lining were also measured during the hydrostatic loading of the lining with maximum pressures up to 13.0 atm.The tensile stresses found to be developed in the lining at total loadings were very low. This was a result of prestressing.

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ZusammenfassungVorspannung einer Druckstollenauskleidung in wasserdichtem Gebirge durch Verpressen Die Möglichkeit und der Effekt einer Vorspannung der Tunnelauskleidung durch unmittelbare Verpressung eines Gebirges von Quarzsandstein und tonig-serizitischen Schiefern wurden im Maßstab 1 : 1 in einer Probekammer von 5,0 m Durchmesser und 33,0 m Länge überprüft.Die Verpressung erfolgte in zwei Phasen und mit zwei verschiedenen Injektionsmischungen. In der ersten Phase wurden unter niedrigem Druck Mischungen mit grobkörnigen Sanden ungleichmäßiger Kornverteilung injiziert, welche nach dem Verpressen porös blieben; in der zweiten Phase wurde eine Zementmischung mit plastifizierenden Zusätzen verwendet, welche unter Drücken bis zu 30 atm eingepreßt wurde. Die poröse Verfüllung zwischen der Auskleidung und dem Fels, welche durch die erste Injektionsphase erhalten wurde, ermöglichte einen großen Wirkungsradius in der zweiten Phase, wodurch ein größerer Effekt erzielt wurde.Es wurde das System der Gruppeninjektion mit der Möglichkeit der gleichzeitigen Verpressung in 32 Bohrungen verwendet.Durch die Injektionen wurde eine Vorspannung der Auskleidung erreicht, welche zwar anfangs absank, später jedoch (nach zwei Monaten) dauernde Werte behielt.Die Messung der Spannungen und Verformungen in der Auskleidung erfolgte bei einer hydrostatischen Belastung mit maximalen Drücken bis 13 atm.Die Zugspannungen in der Auskleidung waren selbst bei Höchstlast sehr gering; dies war sicherlich auf die Wirkung der Vorspannung zurückzuführen.

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RésuméPrécontrainte par injection du revêtement d'un tunnel hydroélectrique dans un massif rocheux imperméable On a étudié la possibilité et l'effet de la précontrainte par injection directe du revêtement d'un tunnel dans un massif de grès de quartz et schistes, sur un modèle en vraie grandeur dans une chambre d'essai de 5 m de diamètre et 33 m de longueur.L'injection a été effectuée en deux phases, avec deux sortes de coulis différents. Dans la première phase on injecte sous faible pression un sable grossier à granulométrie discontinue qui reste poreux après l'injection, et dans la deuxième phase on injecte un coulis de ciment additionné de plastifiant avec une pression atteignant 30 bars. Le remplissage poreux obtenu par la première phase entre le revêtement et le rocher assure un grand rayon d'action à la deuxième phase et donc une meilleure efficacité.On a employé un système d'injection par groupes de forages, pouvant aller jusqu'à 32 forages simultanés.Les contraintes développées dans le revêtement par cette opération diminuent d'abord et se stabilisent après deux mois environ.La mesure des contraintes et des déformations dans le revêtement a été faite pendant l'essai d'une charge hydrostatique de la chambre jusqu'à 13 bars. On a constaté de très faibles tractions dans le revêtement pour les charges résultantes, ce qui est certainement dû à la précontrainte du revêtement par injection et aussi à ce que le massif rocheux a supporté la pression hydrostatique.

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With 9 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.

     

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     

Simple methods to analyze buckling of rock slopes

SummarySimple Methods to Analyze Buckling of Rock Slopes Buckling modes of slope failure are a possibility whenever a throughgoing discontinuity, approximately parallel to the slope, separates a thin slab of rock. Failure by buckling may be initiated by forces external to the slab, by groundwater pressures, by applied forces or by the weight of the slab itself, especially if the slab is curved convex upward.Simple formulae are developed for three possible cases of buckling: flexural buckling of plane slopes, three hinge buckling of plane slopes and three hinge buckling of curved slopes.For flexural buckling, Euler's formula is applied after making several simplifying assumptions regarding the geometry of a buckling slab. Three hinge buckling may occur if a slab is cut by cross-joints perpendicular to the slope. Stability of each of the two blocks is determined using equations of force and moment equilibrium, resulting in a series of equations describing the interblock forces required for stability.The applicability of the three hinge model was tested by applying the equations to a documented failure on an excavated slope. The method gave reasonable results.

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ZusammenfassungEinfache Methoden zur Berechnung des Versagens einer Felsböschung durch Beulung Eine Böschung oder ein Hang können ausbeulen, wenn eine durchgehende Kluft parallel zur Oberfläche des Hanges in geringer Tiefe existiert. Die Knickung kann durch Kräfte, die von außen her auf die Felsschicht einwirken, wie zum Beispiel Grundwasserdruck, hervorgerufen werden, aber auch durch andere Krafteinwirkungen oder durch das Gewicht der Schicht selbst, besonders wenn sie nach außen gekrümmt ist.Einfache Formeln für drei mögliche Fälle werden ausgearbeitet: Biegeknickung einer geraden Böchungsfläche, Dreigelenkknickung einer geraden Böschungsfläche, und Dreigelenkknickung einer gebogenen Böschungsfläche.Für die Biegeknickung wird die Eulerformel angewandt. Gewisse vereinfachende Voraussetzungen in bezug auf die Geometrie einer ausknickenden Schicht werden angenommen. Die Stabilität der beiden Blöcke, bei denen es zur Dreigelenkknickung kommt, wird mit Hilfe des Kräfte- und Momentengleichgewichtes untersucht. Dies führt zu einer Reihe von Gleichungen, die die für Stabilität notwendigen Kräfte zwischen den Blöcken ergeben.Die Anwendbarkeit des Dreigelenkmodells wurde am Beispiel eines dokumentierten Böschungsbruches untersucht. Die vorgestellte Methode erbrachte plausible Ergebnisse.

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RésuméMéthodes simples pour analyser le flambage des versants rocheux La rupture d'un talus par flambement peut se produire lorsqu'une discontinuité, approximativement parallèle à la pente, isole une mince dalle de roc. La rupture par flambement peut être initiée par des forces externes à la dalle, par des pressions d'eau, par des forces appliquées ou par le poids de la dalle elle-même, en particulier si la dalle est convexe vers le haut.Des formules simples ont été développées pour trois cas possibles de flambement: flambement de talus droits par flexion, flambement à trois pivots de talus droits et flambement à trois pivots de talus courbés.Pour le flambement par flexion, on utilise la formule d'Euler après avoir posé plusieurs hypothèses simplificatrices quant à la géométrie de la dalle. Le flambement à trois pivots peut se produire si la dalle est coupée par des diaclases transversaux, perpendiculaires à la pente. La stabilité de chacun des deux blocs est déterminée eu utilisant les équations d'équilibre des forces et des moments, ce qui résulte en une série d'équations décrivant les forces interblocs requises pour la stabilité.L'applicabilité du modèle à trois pivots a été vérifiée en appliquant lesé quations à un cas documenté de rupture d'une paroi d'une excavation. La méthode a donné des résultats raisonnables.

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With 11 Figures     

Gebirgswassereinflüsse beim Stollenbau

ZusammenfassungGebirgswassereinflüsse beim Stollenbau Bau- und Betriebserfahrungen beim Druckstollen des Kaunertalkraftwerkes. Nach einleitendem Hinweis auf die technische und kostenmäßige Bedeutung des Kluftwassers und der Dichtheit des Gebirges, besonders beim Bau von Druckstollen, werden für das Beispiel Kaunertalkraftwerk zunächst die geologischen Verhältnisse und die Erkundung der Klüftigkeit erläutert. Für einen charakteristischen Abschnitt wird sodann die Wasserführung während des Stollenvortriebes analysiert und mit Hilfe der Ganglinie und der daraus abgeleiteten Wasserbilanz unter Berücksichtigung des Verhaltens der Hangquellen der Kluftfaktor ermittelt. Es folgt die Beschreibung eines Abpreßversuches in einer noch unausgekleideten Strecke. Die Auswertung der eingepreßten Wassermengen ergibt den Einklang mit der vermuteten Form der vorher eingetretenen Gebirgswasserabsenkung im großräumigen Kluftkörper und beweist trotz der beobachteten Zirkulation aus dem Kluftnetz in den Stollen Dichtheit nach außen. Ein weiterer Abpreßversuch im fertigen Stollen in Abschnitten fehlender offener Klüftung zeigt andere Möglichkeiten der Gebirgswasserbewegung auf. Abschließend behandelte Ergebnisse von laufend durchgeführten Verlust- bzw. Zuflußmengenmessungen während der bisherigen 5 Betriebsjahre bestätigen die gute Dichtheit des gesamten Stollens und geben andererseits Anlaß zur Feststellung, daß auch in standfestem Fels Betonrisse durch Vorspanninjektionen vermieden werden sollen und ferner, daß die Erscheinungen des Gebirgswassers einer ingenieurmäßigen Behandlung bedürfen. Zusammenhängende Messungen und entsprechende Großversuche führen jedesmal erst zum ausreichenden Erkennen der gegebenen Verhältnisse und damit zum richtigen Einsatz der technischen Mittel.

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SummaryThe Influence of the Crackwater on Tunnel Construction Experiences during construction and operation of the pressure tunnel of the Kaunertal power plant. After an introductory account to the technical and cost-importance of the crack water and of rock impermeability, especially on the occasion of the construction of pressure galleries, at first the geological conditions and the exploration of joint intensity are illustrated by the example of the Kaunertal scheme. Then the crack water inflow into a characteristic tunnel section during tunnel heading is analysed, and the joint volume rate is determined on the basis of the inflow time curve and of the resulting inflow volume balance under consideration of the behaviour of the slope sources. Then a pressure test in a yet unlined tunnel section is described. The evaluation of the water volumes pressed inside confirms the supposed shape of the previous rock water level decrease within the large joint body, and proves impermeability towards the outside in spite of the water circulation from the joint network into the tunnel. A further pressure test in completed tunnel sections in rock without open joints shows other possibilities of rock water movement. Finally the results of current measurements of the loss and inflow volumes during the five service years until now are dealt with, and confirm the high degree of impermeability of the whole gallery. On the other hand they give rise to the statement that also in sound rock concrete fissures should be avoided with the aid of prestress injections, and, furthermore that the rock water phenomena require engineering methods. Only current measurements and corresponding large scale tests lead to a sufficient comprehension of the real rock condition, and, on this basis, to an appropriate application of technical means.

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RésuméLes venues d'eau et la construction des tunnels Expérience acquise pendant la construction et l'exploitation de la galerie en charge du Kaunertal. L'introduction rappelle l'importance technique et économique de l'étanchéité du massif rocheux et des circulations d'eau dans les fissures, particulièrement pour la construction des galeries en charge. On commence par expliquer les conditions géologiques et la fissuration dans l'exemple de l'Aménagement Hydroélectrique du Kaunertal. Pour un tronçon de tunnel caractéristique, on analyse les venues d'eau pendant l'avancement. A l'aide de leur débit cumulé et du bilan de l'eau qui en dérive, lorsqu'on tient compte du comportement des sources du versant, on détermine un facteur de fissuration (coefficient volumétrique).On décrit ensuite l'essai de mise en charge d'un tronçon pas encore revêtu. L'évaluation des quantités d'eau injectées s'accorde avec la forme présumée de l'abaissement de la nappe dans un massif fissuré à grande échelle, et prouve l'étanchéité par rapport à l'extérieur, en dépit de la circulation observée en galerie à partir du réseau de fissures.Un essai ultérieur de mise en charge dans un tronçon de galerie terminée où il n'y avait pas de fissures ouvertes démontre d'autres possibilités de mouvement de l'eau souterraine. Finalement on discute les résultats de mesure des débits de pertes d'eau et de venues d'eau pendant les cinq années de service jusqu'à maintenant. Ils confirment la bonne étanchéité de l'ensemble de la galerie, ils donnent l'occasion d'autre part de constater que même dans du rocher résistant on doit éviter la fissuration du béton à l'aide d'injections de précontrainte, et en outre que les phénomènes liés à l'eau souterraine exigent une compréhension à l'échelle des travaux de l'ingénieur. Il faut chaque fois des mesures suivies et des essais à grande échelle pour obtenir d'abord une connaissance suffisante de la véritable situation et d'après cela une bonne mise en oeuvre des moyens techniques.

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Mit 11 Abbildungen     

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     

Analysis of underground openings with a distinct shear zone

SummaryAnalysis of Underground Openings with a Distinct Shear Zone A procedure for the analysis of deformations and stresses in the surrounding of an underground opening is demonstrated. For duplication of rock discontinuities in the finite element analysis the joint element of Goodman, Taylor and Brekke is used. A special technique was developed in order to consider the limited tensile strength, the reduction of shearing strength after reaching the peak strength and the limited closure of the joint. A Coulomb failure criterion is used for determining shear fracture. Results of two examples of tunnels with one distinct joint are shown.

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ZusammenfassungBerechnung von Felshohlräumen mit einer ausgeprägten Scherzone Ein Verfahren zur Berechnung der Verformungen und Spannungen in dem einen Hohlraum umschließenden Gebirge wird erläutert. Zur Nachbildung von Diskontinuitäten wird das von Goodman, Taylor und Brekke entwickelte Kluftelement verwendet. Für dieses linienförmige Element wurde eine spezielle Rechentechnik entwickelt, die die begrenzte Zugfestigkeit der Kluft, den Abfall der Scherfestigkeit nach Erreichen der Spitzenfestigkeit auf die Restscherfestigkeit und die begrenzte Zusammendrückbarkeit erfaßt. Zur Bestimmung des Schubbruches wird das Coulombsche Bruchkriterium benutzt. Berechnungsergebnisse von zwei Beispielen aus dem Tunnelbau mit einer diskret nachgebildeten Großkluft werden gezeigt.

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RésuméAnalyse numérique des excavations en roche parcourue par un joint On montre une méthode pour calculer les déformations et les contraintes autour d'un tunnel. Dans la méthode des Eléments Finis on prend un élément développé par Goodman, Taylor et Brekke pour copier des joints. Une méthode de calcul a été développée pour tenir compte de la résistance de traction limitée, la réduction de l'effort de cisaillement après avoir exhausté la résistance de pointe et la fermeture limitée des joints. Pour déterminer la rupture de cisaillement le critère de Coulomb est utilisé. A deux exemples montrés la roche est parcourue par un grand joint.

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Abstract of a short report delivered at the International Symposium on Numerical Methods in Soil Mechanics and Rock Mechanics, Karlsruhe, 1975.

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With 8 Figures     

Jack fracturing technique of stress measurement

SummaryJack Fracturing Technique of Stress Measurement This paper suggests a new approach for determining the initial state of stress in rock masses by strain relief measurements without overcoring.The method involves impressing friction-strain gauges on two opposite quadrants of a borehole wall, then uniaxially loading the other two quadrants with a self-equilibrating pair of forces of sufficient magnitude for initiating and propagating fractures of depth adequate to relieve strain. The initial tangential strains on the borehole wall are relieved by the creation of an open axial fracture and measured by the impressed friction gauges.Strain relief by borehole jack-fracturing was studied with finiteelement analysis and also by simple consideration of boundary conditions and external tractions. The dependence of the initial state of stress on the strain-relief measurements at different orientations is obtained by employing the classical theory of elasticity.The instrumentation unique to the method, a borehole-loading device and a friction-strain-gauge module, were tested in the laboratory, and the results summarized. Field-stress measurements made in a sandstone quarry for the magnitude and orientation of the stresses are in good agreement with those obtained by an independent overcoming technique. Work is progressing to compare results with a number of controlled cases.

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ZusammenfassungJack-Frakturing-Technik zur Spannungsmessung Es wird eine neue Methode zur Feststellung des Anfangsspannungszustandes in Steinmassen durch Messung der Verringerung der Belastung vorgestellt.In dieser Methode werden Reibungs-Dehnungs-Meßgeräte in zwei gegenüberliegende Quadrante einer Bohrlochwand gepreßt, und die anderen beiden Quadranten werden uniaxial belastet mit selbst-equilibrierenden Kräften, die groß genug sind, um Brüche zu verursachen. Die vorliegenden tangentialen Spannungen der Bohrlochwand werden durch das Erzeugen offener axialer Brüche gelöst und mit einem Reibungsmanometer gemessen.Belastungsminderung durch Bohrloch Jack-Brechung wurde mit finite-element analysis untersucht und ebenso durch einfache Anwendung der Grenzbedingungen. Die Abhängigkeit des Anfangsspannungszustandes von der Orientierung wird durch Anwendung der klassischen Elastizitätstheorie bewiesen.Die Bohrloch Spannungsapparatur und das Reibungs-Belastungsmanometer wurden im Laboratorium getestet. Messungen in Sandstein für die Größe und Orientierung der Spannungen liefern gute Übereinstimmung mit anderen Methoden.

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RésuméMéthode tube-fracture pour la détermination des constraintes Dans cet article, l'auteur suggère une nouvelle approche pour déterminer la contrainte initiale des masses rocheuses en mesurant le relâchement de la déformation sans avoir à percer la masse.Cette méthode consiste à imprimer sur deux quarts de cercle opposés des parois d'un tube cylindrique des indicateurs de la déformation causée par la friction; puis à contraindre latéralement les deux autres quarts de cercle avec deux forces qui s'équilibrent et qui ont une magnitude suffisante pour commencer et propager des fractures assez profondes pour que la déformation se relâche. Les contraintes tangentielles initiales sur la paroi du tube sont relachées par la création d'une fracture ouverte; on les mesure grâce aux indicateurs de déformation.On commence le relâchement de la déformation du tube par fracture avec l'analyse de l'élément fini et aussi en prenant en considération les conditions limites et les tractions extérieures. En utilisant la théorie classique de l'élasticité, on obtient le rapport de l'état initial de contrainte sur la mesure du relâchement de la déformation à différents angles.Les instruments uniques à cette méthode — un appareil destiné à impressionner le tube, et un indicateur de déformation par la friction — ont été mis au point en laboratoire et on a tabulé les résultats. Les mesures de déformation faites dans une carrière de grès pour établir la magnitude et la direction des déformations sont en accord avec les résultats obtenus par une technique indépendante de precement. Les travaux se poursuivent en vue de comparer les résultats avec un certain nombre de cas contrôlés.

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With 9 Figures     

Zur Baugeschichte der Ardennen I

Zusammenfassung Die bereits kaledonisch gefalteten Massive in den Ardennen wurden von der variscisdien Tektogenese (asturische Phase) mehr oder weniger überprägt. Vorstellungen über diese Überprägung älterer Strukturen und deren Vergitterung mit jüngeren Verformungsrichtungen sowie über den Einfluß der kaledonischen Kerne (Unterstockwerk) auf das Faltenstreichen der devonischen Mantel-Schichten (Oberstockwerk) lassen sich vor allem in der Antiklinalzone der Hochardennen im Massiv von Rocroi, im Massiv von Serpont und im Massiv von Stavelot gewinnen.

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Résumé Les massifs des Ardennes, déjà plissés à l'ère caledonienne furent plus ou moins remaniés par la tectogénèse hercynienne (phase asturienne). C'est surtout dans la zone anticlinale des hautes Ardennes, dans le massif de Rocroi, dans le massif de Serpont et dans le massif de Stavelot qu'on peut se faire une idée en bons affleurements de ce remaniement de structures plus anciennes et de leurs interférences avec des directions de déformation plus jeunes ainsi que de l'influence des anciens massifs calédoniens (étage inférieur) sur la direction du plissement des couches de revêtement dévoniennes (étage supérieur).Dans ces massifs, les couches du dévonien sont plus ou moins fortement plissés ou disposés par écailles avec le socle calédonien. Dans le massif de Rocroi, dans le massif de Serpont et dans la partie ouest du massif des Stavelot les couches du socle présentent des structures qui sont totalement différentes des couches de revêtement dévoniennes et coupé de façon discordante des couches gedinniennes inférieures.Dans le massif de Rocroi et surtout dans le massif de Serpont, la tectogénèse hercynienne a exercé le même effet que l'orogénèse calédonienne plus ancienne sous l'influence d'un plan d'efforts semblable orienté Nord-Sud. L'auteur, à l'aide d'un exemple, celui du massif de Serpont, essaye d'analyser la structure du plissement calédonien originel déroulement des plis des couches gedinniennes et reformation constructive de la déformation conditionnée par le clivage hercynien.A la différence des deux massifs occidentaux, dans le massif de Stavelot, les structures de plissement calédoniens orientées d'est en ouest furent remaniées sous angle oblique par la tectogénèse hercynienne. Ce mouvement a entraîné, à différents endroits, le déplacement des axes calédoniens en direction hercynienne. C'est ce qui a produit un style de mouvement et de structure étranger aux autres massifs. Le fort rétrécissement hercynien eut pour conséquence des charriages à différents endroits.

     

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     

Controlled failure of hollow rock cylinders in uniaxial compression

SummaryControlled Failure of Hollow Rock Cylinders in Uniaxial Compression Detailed consideration is given to the behavior of hollow rock cylinders loaded in uniaxial compression. Elastic stress distributions calculated by the finite element method show that radial stresses are considerably lower in hollow than in solid cylinders, and that the uniformity of the stresses can be improved considerably by using loading platens having the same cross-section as the specimen. Servo-controlled uniaxial compression tests carried out on solid and thick-walled cylinders of white Tennessee marble show no essential differences in the behavior of the two specimen types with similar strengths and fracture phenomena being observed. In tests carried out in servo-controlled, stiff, and conventional machines, the progressive formation of large numbers of short subaxial cracks is followed by the development of macrofractures such as slabbing and shearing well past the peak of the stress-strain curve.

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ZusammenfassungDer gesteuerte Bruch hohler Gesteinszylinder unter einachsigem Druck Das Verhalten hohler Gesteinszylinder unter einachsigem Druck ist eingehend beschrieben. Die Methode der endlichen Elemente ermöglicht die Berechnung der elastischen Spannungsverteilung und zeigt, daß die radialen Spannungen im Hohlzylinder bedeutend geringer sind als im massiven. Der Gebrauch von Druckplatten vom gleichen Querschnitt wie dem der Probe verbessert die Gleichförmigkeit der Spannungen wesentlich.Servo-gesteuerte einachsige Druckversuche an dichtwandigen hohlen und an massiven Proben von weißem Tennessee-Marmor lassen keine wesentlichen Unterschiede zwischen dem Verhalten der beiden Probenarten erkennen. Ähnliche Festigkeiten und Brucherscheinungen sind im hohlen und massiven Zylinder beobachtet worden. In Versuchen mit servo-gesteuerten starren und in konventionellen Maschinen folgt der progressiven Bildung einer großen Anzahl kurzer, etwa axialer Risse die Entstehung von größeren Brucherscheinungen, wie z. B. Abschalungen und Scherbrüche, und zwar deutlich nach dem Scheitelpunkt der Arbeitslinie.

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RésuméFracturation contrôlée de cylindres rocheux creux en compression uniaxiale Une étude détaillée du comportement de cylindres rocheux creux soumis à une compression uniaxiale est faite ici. La répartition des contraintes en milieu élastique déterminée par la méthode des éléments finis a montré que les contraintes radiales étaient beaucoup plus petites dans les cylindres creux que dans les cylindres pleins et que l'uniformité des contraintes pouvait être considérablement améliorée en utilisant des platines de mise en charge ayant la même section que l'éprouvette.Des essais de compression simple effectués avec une presse asservie sur des cylindres de marbre du Tennessee soit pleins soit à paroi épaisse ne montrent aucune différence notable quand au comportement des deux types d'éprouvettes. La résistance à la rupture et les phénomènes de fracturation se sont avérés comparables dans les deux cas. Au cours des essais effectués avec une presse raide asservie et une presse classique, la formation progressive d'un grand nombre de courtes fissures sub axiales est suivie par le développement de macrofractures telles qu'écaillage et cisaillements une fois dépassé le pic de la courbe effort déformation.

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With 11 Figures     

Reichweite und Geschwindigkeit von Bergstürzen und Fließschneelawinen

ZusammenfassungReichweite und Geschwindigkeit von Bergstürzen und Flieschneelawinen Die Massenströme großer Bergstürze und Lawinen lassen sich näherungsweise berechnen und abschnittsweise vom Anbruch bis zur Ablagerung nachvollziehen. Die Theorie muß aufgrund der Naturbeobachtung dieser Vorgänge entfaltet werden. Da Bergstürze relativ seltene und schwer zu beobachtende Naturereignisse darstellen, ist es notwendig, Erfahrungen an ähnlichen Massenströmen zu sammeln, wie z. B. an den zahlreichen Fließschneelawinen.Nach Darlegung der Grundlagen an den Modellen Reibungsblock und turbulenter Trümmerstrom werden einige Ergebnisse nachgerechneter Beispiele dargestellt. Ein Ziel dieser Berechnungen war es, die Größenordnungen der Gleitreibungs-und Turbulenzkoeffizienten abzuschätzen, die diese Vorgänge bestimmen. Mangels genauerer Meßdaten wurden dazu die beiden Koeffizienten und die Fließhöhe als Konstanten angesetzt. Dann läßt sich die Größe ihrer Mittelwerte aus dem Bahnverlauf, der Fließdauer (oder der Fließgeschwindigkeit an einem Ort) und aus der Reichweite bestimmen.Es zeigt sich, daß bei großen Massenströmen der Mittelwert des Gleitreibungskoeffizienten wesentlich niedrigere Werte annimmt, als unsere an der Statik orientierte Erfahrung erwarten läßt. Große Gleitmassen kommen dadurch in kurzer Zeit auf hohe Geschwindigkeiten. Man darf deshalb nicht warten bis die Beschleunigung einsetzt, wenn sich das Abgleiten großer Massen durch anhaltendes Kriechen ankündigt und wenn sich kein naheliegender Gleichgewichtszustand nachweisen läßt, dem die Massen zustreben.

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SummaryThe Reach and Velocity of Catastrophic Landslides and Flowing Snow Avalanches The debris (Sturzstrom) of catastrophic land-slides and avalanches can be approximately calculated and their stages reconstructed from their outbreaks until their depositions. The theory must be developed on grounds of an observation of these phenomena in nature. As mountain slides are relatively rare natural events and not easily observed, it is necessary to accumulate experiences with similar massstreams, e. g. with the numerous flowing-snow-avalanches.After a representation of the fundamentals, exemplifying the models of a frictional block and a turbulent stream of fragments, some results follow from the calculated examples. One aim of the calculations was to estimate the proportions of the frictional and turbulence coefficients determinating these phenomena. Owing to the lack of exact data of measurement both these coefficients and the height of flow were used as constants. Thus the dimension of their average values can be determined from the shape of course, the flowing time (or local flowing velocity) and the range of action.The results show that in the case of big Sturzstrom the average value of the coefficient of friction grows considerably smaller than is to be expected in the face of our static orientated experiences. As a consequence, big moving masses reach a high velocity within a short time. It is not advisable, therefore, to wait until the acceleration begins, if the sliding down of bigger masses evidences itself by continuous and if it is impossible to prove an imminent stage of equilibrium which the masses are nearing.

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RésuméEtendue et vitesse des éboulements d'ampleur catastrophiques et des avalanches en haute montagne Les masses de débris emportés et déposes par les éboulements et avalanches d'ampleur catastrophique en haute montagne peuvent être calculés approximativement, et leur cours peut être suivi depuis leur point de départ jusqu'au lieu de dépôt définitif. La théorie à ce sujet doit être établie sur la base d'observations concrètes de la marche de ces phénomènes dans la nature. Du fait que les éboulements sont des phénomènes relativement rares et difficiles à observer, il importe que soient recueillis des faits d'expérience au sujet d'analogues éboulements de débris, par exemple dans les avalanches, qui sont, elles, beaucoup plus fréquentes.Après exposition des principes, établis sur la base des modèles hypothétiques Bloc de friction et Eboulement de débris en turbulence, sont ensuite présentés quelques résultats de calculs effectués sur la base de ces divers exemples. L'un des objectifs de ces calculs était de déterminer les ordres de grandeur des coefficients de friction et de turbulence de ces phénomènes. Etant donné le manque de mesures précises, ces deux coefficients, ainsi que l'épaisseur de la masse en éboulement, ont été utilisés comme constantes. Il est alors possible de déterminer la grandeur de leur moyenne, d'après le tracé de leur cours, la durée (ou la vitesse de la chute en un point donné), ainsi que d'après leur étendue.Il apparaît alors que, dans le cas de grosses masses de débris, la valeur moyenne du coefficient de friction est nettement moindre que ne le faisait attendre l'expérience jusqu'à présent basée sur les données de la statique. Il s'ensuit que de grosses masses d'éboulis ont tôt fait d'atteindre des vitesses étonnamment élevées. Il ne faut donc pas attendre que commence cette accélération lorsque l'éboulement de grosses masses s'annonce par un mouvement lent et continu et qu'on ne décèle dans le voisinage aucun état d'équilibre vers lequel s'avanceraient les masses.

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Mit 15 Abbildungen     

Kontinentalverschiebungen und Polverschiebungen — Ursachen und Probleme

Zusammenfassung Die Kruste wird zergliedert von einem Gitter altgebahnter Lineamente, welche immer wieder als Blattverschiebungen fungierten. Die gro\en Gräben Ostafrikas und Europas setzen solchen Erdnähten auf. Die starren Rahmenschollen waren etwas auseinander gewichen. So konnten die von der Kluftreibung befreiten Keilschollen rasch absinken, antithetisch kippende Blöcke den überschüssigen Scitenraum schlie\en. Junge Füllmassen wurden aufgeladen, welche die Erosion den aufgestemmten Grabenschultern entnahm. Das granitische Substrat solcher Gräben ist geschwächt, im Graben des Roten Meeres sogar median geborsten. Ein abyssaler Spalt mit basaltischem Sockel klafft dort inmitten des Altgrabens. Die Abspaltung Südamerikas vom Gondwana-Kontinent bediente sich gleichfalls alter Lineamente. Der Atlantik erweiterte sich aus einem Grabensystem. Der seismisch aktive Mediangraben des mittelatlantischen Rückens demonstriert den Fortgang der Kontinentaldrift. Auch andere Kontinente kriechen auf einer Gleitschichte pazifikwärts, die pazifische Masse mit einer überschiebungsbahn und Blattverschiebungen bewältigend. Der übereinstimmende Baustil zirkumpazifischer Tektonik beweist periphere Einengungen des Pazifik. Die gro\en Urkontinente störten das irdische Rotationsgleichgewicht. Daher die Tendenz, den Störkörper zu spalten und die Erdoberfläche möglichst gleichmä\ig mit Kontinenten zu bestücken. Als Rei\nähte boten sich die Gräben und Lineamente an, welche angelegt waren, die Scherspannungen auszugleichen, wenn Polverschiebungen das Rotationsellipsoid zur Neujustierung zwangen. Die abdriftenden Kontinente induzierten sekundäre Gleichgewichtsstörungen und erneute Polverschiebungen. Wieder wurden Scherzonen lebendig, Kontinentaldrift setzte an und erweiterte sie zu Gräben, um schlie\lich ein weiteres Stück Kruste der Klammer kontinentaler Konsolidation zu entrei\en. So werden Polverschiebungen und Kontinentalverschiebungen als einander auslösende und steuernde Prozesse verstanden. Das orogene ZeitgesetzStilles wird unter diesem Aspekt diskutiert.

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The crust of the earth is traversed by a lattice of tectonic lineaments which, since the Precambrian Era, were always and again acting as wrench faults. These shearing movements, independent of the specific crustal structure, are thought to be caused by the wandering of the poles. For the directions and movements of the lineaments correspond to the stress field that was induced by the readjustment of the geoid. The bursting lineaments caused a splitting of the continental masses. The great original continents of the Paleozoic Era disturbed the balance of revolution. There was a trend to separate the disturbing masses and to furnish the surface of the earth as proportionally as possible with continents. Thus, divergent forces started to work on the lineaments. The lineaments were stretched and became rift valleys. When the forces of the continental drift became overwhelming, the rift valleys burst along their median line. A new continent split off. The wandering continents endeavoured and are still endeavouring to reach, in the first place, the Pacific Ocean trying to confine it peripherically. From this trend comes the conformable architecture of the circumpacific tectonics. The drifting masses effected secondary disturbances of the balance of the rotating gyroscope. The poles tried to escape the wandering masses. Once more, lineaments became active, and the process of splitting continued. Consequently, the wandering of the poles and the continental drift are thought to be mutually initiating and controlling processes. The orogenic phases of the folding and the taphrogenic phases of the rift valley forming are in their global coincidence the display of this very process that concerns the entire crust of the earth.

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Résumé L'écorce terrestre est sillonnée d'un réseau de linéaments tectoniques, qui se remuaient à partir de temps précambriens et qui continuent de se remuer au sens de failles de décrochement. Les mouvements ne tiennent pas compte de la structure géologique de la région en question. On suppose que la cause des mouvements soit la dérive des pÔles, parceque les directions des linéaments tectoniques correspondent aux celles-ci de la tension de l'écorce provoquée par le ré-ajustage du géoid. En se fendant le longue des linéaments les masses des continents furent parcellées. - Les grands continents du Paléozoique dérangaient l'équilibre de la rotation. Cet dérangement causait la tendance de répartir les masses des continents et d'en garnir la surface du globe. Le longue des linéaments agissaient des forces séparentes. Les linéaments s'élargissaient et devenaient des fossés tectoniques. Si les forces de la dérive des continents se renforÇaient les fossés tectoniques se partagissaient le longue de ses médianes. Un nouveau continent était formé. Mises en translation les continents se tournaient vers la région de l'Océan Pacifique, et aussi à present les continents continuent de rétrecir la région marginale du Pacifique. C'est pourquoi le type de la construction tectonique est le mÊme dans toutes les guirlandes circumpacifiques. Les translations continentales causaient des dérangements secondaires de l'équilibre du géoid et les pÔles fuyaient les continents. De nouveau les linéaments tectoniques se remuaient et la division des continents se continuait. La dérive des pÔles et la dérive des continents sont des événements dont l'un provoque et dirige l'autre. L'expression de cet événement concernant l'écorce entière est la simultanéité des phases orogénétiques (plissement) et des phases taphrogéniques (formation des fossés tectoniques).

     

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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