Variability and anisotropy of mechanical properties of the pittsburgh coal seam

SummaryVariability and Anisotropy of Mechanical Properties of the Pittsburgh Coal Seam Results of an experimental program to determine the vertical variation of material stiffness and strength of an important coal seam are presented, with the aim of providing information for realistic modeling for purposes of analysis. The seam is divided into four zones, and data from each are evaluated statistically. It is concluded that this seam contains two zones with measurably different properties, which, however, are small compared to the observed scatter of data.

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ZusammenfassungStreubereich und Anisotropie der mechanischen Eigenschaften des Pittsburgher Kohleflözes Es werden Ergebnisse eines Versuchsprogramms zur Bestimmung der senkrechten Veränderung der Steifheit und Festigkeit des Materials in einem wichtigen amerikanischen Kohlenflöz präsentiert, um Unterlagen für realistische Modellbildung zum Zwecke der Spannungsberechnung zu liefern. Der Flöz ist in vier Zonen unterteilt, deren Daten statistisch untersucht wurden. Es ergab sich, daß dieser Flöz zwei Zonen mit meßbar unterschiedlichen Eigenschaften enthält; diese Unterschiede sind aber klein im Vergleich zur Streuung der einzelnen Daten.

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RésuméVariabilité et anisotropie des propriétés mécaniques du banc de charbon de Pittsburgh On a analysé, par échantillons, la variabilité de la résistance et du module d'un banc de charbon épais, avec la profondeur. Le but de l'étude est d'obtenir des valeurs réalistes qui puissent être utilisées dans une analyse par méthodes numériques. Le banc est divisé en quatre zones, et les résultats sont analysés de façon statistique, séparément pour chaque zone. On a conclut que ce banc contient deux zones dont les propriétés mécaniques diffèrent. Cependant ces différences ne dépassent pas l'ordre de grandeur des écarts dans les observations sur chaque zone.

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With 10 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     

Statistische Untersuchung der Hangformen im Opalinuston der Fränkischen Alb

ZusammenfassungStatistische Untersuchung der Hangformen im Opalinuston der Fränkischen Alb Die einfache, konkave Hangform der Tonhänge ist oft leicht deformiert. Es wird eine statistische Untersuchung dieser Deformationen mit dem Ziel durchgeführt, Hinweise auf die Ursachen der Deformation zu erhalten. Die Ergebnisse der Untersuchung legen folgende Vorstellung nahe: der Ton wird am Hang durch das Gewicht des auf ihm lastenden Gesteinskörpers ausgequetscht; der Vorgang ist etwas von einem orts- und richtungsabhängigen Faktor — wahrscheinlich der Schichtlagerung — beeinflußt; er wird durch Verwerfungen auffallend gestört und kann gelegentlich durch landwirtschaftliche Nutzung des Hanges unkenntlich werden.

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SummaryStatistical Investigation of Slope Forms in the Al(1) Clay of the Fränkische Alb The simple concave shape of slopes in clay is often slightly deformed. The deformations are statistically examined with the aim of finding indications for the cause of the deformation. The results of the investigation suggest the following concept: the clay is squeezed out of the slope by the weight of the body of rock above it; the process is slightly influenced by a factor which depends on direction and geographical situation — probably the bedding dip. Faults disturb the process significantly, and it may occasionally be concealed in places of agricultural acreage.

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RésuméRecherche statistique des formes des versants dans l'argile al(1) de la Fränkische Alb La simple forme concave des versants d'argile est souvent légèrement déformée. Les recherches statistiques de l'auteur sur ces déformations sont faites avec le but de trouver des indications concernant les causes des déformations. Les résultats de la recherche suggèrent le concept suivant: l'argile est pressée hors du versant par le poids du corps de roche qui pèse sur l'argile. Le processus est un peu influencé par un facteur dépendant de la direction et de la situation géographique — probablement la position des couches; le processus est perturbé d'une manière remarquable par des failles et par fois il peut-être rendu méconnaissable par l'agriculture.

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Mit 1 Abbildung     

Baugeologische Probleme bei der Gründung des Biggekraftwerkes auf verkarsteten Devonischen Riffkalken im Sauerland und ihre Lösung

ZusammenfassungBaugeologische Probleme bei der Gründung des Biggekraftwerkes auf verkarsteten Devonischen Riffkalken im Sauerland und ihre Lösung Im nördlichen Gründungsbereich des Kraftwerkes der Biggetalsperre im Sauerland tauchten steilstehende, kalkige Schichten auf, in die Riffkalkklötze von unterschiedlicher Verteilung eingelagert waren. Während die Kalkmergelschiefer nur starke Entkalkungserscheinungen aufwiesen, zeigten sich in den Riffkalkzonen echte Karsthohlräume.Die Ecke eines wesentlichen Bauwerksteiles des Kraftwerkes lag über einer kolkartig eingebrochenen und mit Geröllen gefüllten Karsthöhle. Diese Kraftwerksbereiche wurden daher auskragend konstruiert. Die Lasten mußte das südlich anschließende nichtverkarstete Gebirge aufnehmen. Das völlig regellose Auftauchen verkarsteter Riffbereiche ließ aber die Gefahr vermuten, daß auch der standfeste Gebirgsteil durch Karsteinbrüche unterschnitten werden könnte. Dies umso mehr, als die Schichtung in Richtung des Karstkolkes einfiel und Schichtpakete des an sich standfesten Gebirges abgleiten könnten. Um dies zu verhindern, wurden den besonderen Verkarstungsbedingungen angepaßte systematische Injektionen in 3 Phasen ausgeführt. Eingepreßt wurde ein Gemisch aus ca. 70% Zement, 25% Sand und 5% Bentonit.Als wesentlichste Folgerung für den Felsbau werden die Unterschiede der Verkarstung zwischen homogenen Kalksteinen und Riffkalksteinen herausgestellt.Zur sicheren Gründung von Bauwerken wird eine ausreichende baugeologische Untersuchung, enge Zusammenarbeit zwischen Geologen und Ingenieur während der Planung und beim Bau sowie Anpassung der Bauausführung an die Besonderheiten des Karstes empfohlen.

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SummaryEngineering Geological Problems During the Foundation of the Biggetal Power Plant on Karstified Devonian Reef Limestones in the Sauerland, and Their Solution In the northern foundation of the powerstation of the Biggetalsperre in Sauerland inclined marly slate with intercalated parts of reef knolls of different distribution is existing. These marly slate shows partly heavy decalcification. But the reef knolls exclusively were cavernous.The corner of an essential part of the powerstation was situated above a collapsed underground karstbridge, now filled with gravel. Therefore this part was constructed with cantilever and the weight had to be borne by the noncavernous rock neighboured in the south.The appearance of karstificated reef knolls without any preferred orientation seemed to be a danger for the stability of the rock in the south, that had to bear the total weight of the construction. This danger existed also in undercutting the solid rock. Beyond it the strata fell in the direction of the karst holes and therefore some sedimentary complexes of this rock incline to sliding. To prevent this a systematic injection program was started, the injection material consisting of 70% cement, 25% sand and 5% bentonite.The most important conclusions for construction in rock are that it is necessary to distinguish between the karstification of homogeneous limestone and rock with reefknollfacies. To obtain a solid foundation in such rock sufficient geological investigations are necessary. A tight teamwork between geologists and engineers during the planning period and the time of construction is as neccessary as to accomodate the construction on the speciality of karst.

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RésuméProblèmes géologiques posés par la fondation de la centrale du barrage du Bigge sur les calcaires coralliens karstiques du Devonien dans le Sauerland et ses solutions Cet article traite la fondation de la centrale du barrage du Bigge (Biggetalsperre) construite sur des couches calcaires du Devonien moyen supérieur dans le Sauerland (Allemagne occidentale).Dans la zone nord des fondations on est en présence de stratifications calcaires fortement inclinées parmi lesquelles se trouvent des blocs coralliens intercalés avec une répartition variable. Alors que les schistes marneux accusent une décalcification prononcée, de véritables vides karstiques apparaissent dans les zones coralliennes.La pointe d'une partie importante de l'ouvrage se trouvait justement sur une cavité karstique creusée depuis longtemps et à présent remplie d'éboulis (cailloux). Cette partie de la centrale fut construite en porte à faux. Les charges résultant de cette construction sont transmises à la partie sud non karstique du massif.L'émergement tout à fait irrégulier des récifs karstiques faisait apparaître le risque de voir la partie saine du massif se fragmenter sous l'influence de phénomènes karstiques. Ceci d'autant plus que la stratification avait un pendage vers le calcaire corallien et que l'ensemble des couches d'un rocher sain en lui-même pouvait glisser. Pour écarter ce risque un programme systématique d'injection fut entrepris en suivant un mode opératoire particulier s'accommodant aux phénomènes karstiques. Le coulis d'injection utilisé était un mélange d'environ 70% de ciment, 25% de sable et 5% de bentonite.L'apport essentiel pour la mécanique des roches est constitué par la différence qui a été faite concernant les phénomènes karstiques entre les calcaires homogènes et les calcaires coralliens. Pour effectuer une fondation sure d'ouvrages il est conseillé de faire des études géologiques suffisantes, d'avoir une coopération étroite entre le géologue et l'ingénieur pendant le projet et lors de la construction et enfin d'adopter les procédés de construction aux phénomènes karstiques.

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Mit 4 Abbildungen     

Low frequency sounding technique for predicting progressive failure of rock

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

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

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

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With 5 Figures     

Elastic anisotropy of regularly jointed media

SummaryElastic Anisotropy of Regularly Jointed Media A continuum model of a rock mass containing a major set of regularly spaced parallel joints is adopted for length scales large compared with joint spacing. The intact rock is isotropic and elastic; reversible linear relations between the joint tractions and relative displacements (ignoring slip) are assumed, leading to an overall transversely anisotropic elastic medium. The degree of anisotropy depends on the ratios of the gross joint moduli to the elastic moduli of the rock, and is examined for plane strain and plane stress conditions in planes containing the normal to the joint set. Various ratio limits are considered, showing that some ranges are just regular perturbations of isotropic or anisotropic theory, while others give rise to lower order approximations which can involve boundary layer effects. The latter ranges corresponds to the relatively low joint moduli which make the overall response strongly anisotropic.

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ZusammenfassungElastische Anisotropie eines regelmäßig geklüfteten Mediums Das Kontinuumsmodell eines Felsmassives, welches eine größere Anzahl von regelmäßig angeordneten parallelen Fugen besitzt, ist so ausgelegt, daß die Längenabmessungen groß im Vergleich zu der Fugenstärke werden.Der ungestörte Fels verhält sich isotrop und elastisch. Es wird eine umkehrbare lineare Beziehung zwischen den Zugspannungen in der Fuge und den relativen Verschiebungen (bei Außerachtlassung von Gleiten) angenommen, was zu einem in der Gesamtheit quer durchgehend anisotrop elastischem Modell führt. Der Grad der Anisotropie hängt vom Verhältnis des überschlägigen Fugenmoduls zum Elastizitätsmodul des Felses ab und wird unter Zugrundelegung von ebenen Dehnungs- und Spannungsverhältnissen für Flächen normal auf die Fugen überprüft. Verschiedene Grenzwerte werden in Betracht gezogen, es wird nämlich gezeigt, daß einige Bereiche nicht mit Isotropie oder Anisotropie in Einklang zu bringen sind, in anderen wiederum ist es möglich, mit Näherungen niedrigerer Ordnung zu arbeiten, was die Berücksichtigung von Randeffekten gestattet. Letztere Bereiche gehören zu einem relativ niedrigen Fugenmodul, was das ganze Modell stark anisotrop werden läßt.

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RésuméAnisotropie élastique dans un milieu à joints réguliers Un modèle continu d'une masse rocheuse contenant un ensemble majeur de joints parallèles équidistants est adopté pour le cas où les dimensions longitudinales sont grandes en comparison des intervalles entre les joints. Le rocher intact est isotropique et élastique, et l'on suppose des relations linéaires réversibles entre les tractions sur les joints et les déplacements relatifs (avant le glissement), menant à un milieu transversalement isotropique et élastique dans son ensemble. Le degré d'isotropie dépend du rapport entre les modules de l'ensemble des joints et les modules élastiques du rocher; ce rapport est examiné pour le cas de déformations planes et de tensions planes dans des plans contenant la normale à l'ensemble des joints. On considère plusieurs limites de ces rapports montrant que certaines gammes ne sont que des perturbations régulières de la théorie isotropique ou anisotropique, tandis que d'autres donnent des approximations d'ordre inférieur qui impliquent des effets de couches frontières. Les dernières gammes correspondent à des modules de joints relativement petits, qui tendent la réaction de l'ensemble très anisotropique.

     

A continuum-mechanical approach to the mechanics of rock masses

SummaryA continuum-Mechanical Approach to the Mechanics of Rock Masses A quasihomogeneous region of a discontinuous rock mass is approximated by a generalized Cosserat continuum. Blocks of the rock mass are represented by mass points, and to each point a number of vectors — the directors — is assigned. These directors determine the size and shape of the individual blocks. For this continuum are derived the basic equations of motion and the thermodynamic relations. The stress state is represented by a non-symmetric stress tensor.

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ZusammenfassungEine kontinuumsmechanische Annäherung zur Mechanik der Felsmassen Ein quasi-homogener Bereich einer diskontinuierlichen Felsmasse wird durch ein verallgemeinertes Cosserat-Kontinuum approximiert. Einzelne Kluftkörper der Felsmasse werden dabei als Massenpunkte des Kontinuums betrachtet und jedem Punkt wird eine Zahl von Vektoren — Direktoren genannt — zugeschrieben. Die Direktoren kennzeichnen die Größe und Gestalt der einzelnen Kluftkörper. Für dieses Kontinuum werden die Bewegungsgrundgleichungen und die thermodynamischen Beziehungen abgeleitet. Der Spannungszustand wird durch einen nicht symmetrischen Spannungstensor charakterisiert.

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RésuméUne approximation de la mécanique des massifs rocheux par la mécanique des milieux continus Une région quasi-homogène d'un massif rocheux discontinu est représentée par un milieu continu de Cosserat généralisé. Les blocs du massif rocheux sont représentés par des points; à chacun de ces points est attaché un certain nombre de vecteurs directeurs. Ces vecteurs déterminent les dimensions et la forme de chaque bloc. Les équations fondamentales du mouvement et les relations thermodynamiques sont obtenues pour ce milieu. Les efforts sont caractérisés par un tenseur contrainte non-symétrique.

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Future papers by the author will give more details regarding the same problems in a form more accessible for the practising engineers.

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With 1 Figure     

Stress distribution around a tunnel situated in a layer under the action of gravity

SummaryStress Distribution Around a Tunnel Situated in a Layer Under the Action of Gravity An experimental investigation is presented of the displacement and stress distribution in a narrow layer made of a homogeneous medium, which contains a central circular tunnel, under the influence of its own weight. The tests were executed in models made of a strongly plasticized epoxy polymer, which were very sensitive to the influence of body forces. For the measurement of displacements theprojected image moiré method was used. A dense crossed grating was printed on the surface of the model, which was projected, by a parallel light beam, on a similar, but linear, reference grating, which was printed on a glass plate. The deformation of the model was achieved by the inversion method, where the model was freely suspended from the one extremity and left to deform by its own weight. A series of photographs at different time intervals, with the reference grating positioned successively parallely to the two principal axes of the specimen, gave sufficient data for the complete evaluation of all components of displacements and strains around the tunnel. The components of stresses were evaluated by using the elastic stress-strain relations holding for this case and the mechanical elastic constants valid for the material. Important stress-concentrations were revealed at the boundary of the cavity. The results derived from this investigation are applicable to problems of soil and rock mechanics.

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ZusammenfassungSpannungsverteilung um einen Tunnel unter dem Einflu des Eigengewichtes Aufgrund experimenteller Studien wurden Verschiebungen und die Spannungsverteilung in der Umgebung eines kreisrunden Tunnels in einer vertikalen, schmalen Gesteinsschicht eines homogenen Mediums untersucht, welche unter dem Einfluß des Eigengewichtes derselben steht. Die Versuche wurden an Modellen aus einem sorgfältig plastifizierten Expoydharz durchgeführt, welches empfindlich genug ist, den Einfluß des Eigengewichtes deutlich zu machen. Die Verschiebungen wurden unter Anwendung des projizierenden Moiré-Verfahrens gemessen. Ein engmaschiger Meßraster wurde mittels eines parallel geführten Lichtstrahles auf einen ähnlichen, aber linearen Referenzraster projiziert, welcher auf eine Glasplatte aufgedruckt war. Die Verformung wurde dem Modell so aufgeprägt, daß dieses auf einem freien Ende aufgehängt und so, unter Umkehrung der Spannungen, durch sein Eigengewicht belastet war. Die Auswertung geschah durch Photographien in verschiedenen Zeitintervallen, wobei der Referenzraster abwechselnd parallel zu den beiden Hauptachsen des Modellkörpers ausgerichtet war. Dadurch konnten ausreichende Daten zur vollständigen Erfassung aller Verformungs- und Spannungskomponenten rund um den Tunnel erhalten werden. Die Spannungskomponenten wurden unter Voraussetzung der für diesen Fall gültigen elastischen Spannungs-Dehnungs-Beziehungen und der dem Material zugehörigen elastischen Materialkonstanten ermittelt. Die Auswertung ergab bedeutende Spannungskonzentrationen am Umfang des Hohlraumes. Die so erreichten Untersuchungsergebnisse können auf Probleme der Boden- und Felsmechanik angewendet werden.

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RésuméDistribution des contraintes autour d'un tunnel situé dans une couche, sous l'action des forces de gravité Une étude expérimentale est presentée sur la distribution des déplacements et des contraintes dans une couche mince d'un milieu homogène, percé par un tunnel central de section circulaire, sous l'influence des forces de gravité. Les essais sont exécutés à l'aide de modèles en résine epoxide plastifiée présentant une très grande sensibilité sous l'action des forces de gravité. La méthode du moiré par image projeté a été utilisé pour les mesures de déplacements. Pour cela un réseau dense croisé, imprimé sur la surface du modèle, a été projeté sur un réseau de référence linéaire ayant le même pas. La déformation du modèle a été obtenue en utilisant la méthode d'inversion, dans laquelle le modèle est suspendu libre par une de ses extrémités, ayant ainsi la possibilité de se déformer sous l'action des forces de gravité. L'évaluation de toutes les composantes des déplacements et déformations autour du tunnel a été faite à l'aide d'un grand nombre des photos prises à des intervalles de temps différents. Les contraintes sont calculées à l'aide des relations élastiques entre les contraintes et les déformations, valables pour ce cas de sollicitation. L'examen des résultats a montré des valeurs importantes pour les contraintes au bord du tunnel. Les résultats de cette étude sont applicables dans des problèmes de mécanique des sols et des roches.

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With 10 Figures     

Der Einfluß des Patronendurchmessers auf die Sprengtechnik beim Strecken- und Stollenvortrieb

zusammenfassungDer Einflu des Patronendurchmessers auf die Sprengtechnik beim Strecken-und Stollenvortrieb Während sich in der Vergangenheit die Sprengtechnik den Belangen der Bohrtechnik unterordnen mußte, da ein möglichst geringes Bohrlochvolumen angestrebt wurde, bieten die leistungsfähigen Bohreinrichtungen und die immer größer werdenden Querschnitte heute die Möglichkeit, die sprengtechnischen Erfordernisse stärker zu berücksichtigen. Eine Möglichkeit der Verbesserung der Sprengtechnik bietet die Verwendung größerer Patronendurchmesser. Im Steinkohlenbergbau der Bundesrepublik Deutschland wurden eingehende Untersuchungen durchgeführt, um den Einfluß größerer Patronendurchmesser auf die Bohrlochanzahl und die zeitlichen Einsparungen beim Bohren und Sprengen zu ermitteln. Beim Übergang von 25- auf 40-mm-Patronen konnten Einsparungen an Bohrlöchern bis 50% erzielt werden. Als Faustformel kann gelten, daß mit jedem Millimeter, um den der Patronendurchmesser ansteigt, eine Verringerung der Bohrlochanzahl um etwa 3% möglich sein kann. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß der optimale Patronendurchmesser querschnittsabhängig ist. Unterhalb 10 m² Querschnitt ist der Anwendungsbereich von Patronendurchmessern <30 mm. Zwischen 10 und 20 m² Querschnitt sollte mit 30- oder 35-mm-Patronen gesprengt werden. Über 20 m² Ausbruchsquerschnitt beginnt der Anwendungsbereich der 40-mm-Patronen, und über 40 m² Ausbruchsquerschnitt können bereits 50-mm-Patronen verwendet werden.Die Verringerung der Bohrlochanzahl wirkt sich in einer zeitlichen Einsparung beim Bohren und Sprengen aus. Verschiedentlich verringerte sich der Zeitaufwand beim Bohren und Sprengen um fast 50%. Je größer die Abschlaglänge ist, desto größer sind die zeitlichen Einsparungen, da eine Reihe von Teil-Arbeitsvorgängen bei der Bohr- und Sprengarbeit unabhängig von der Abschlaglänge ist. Voraussetzung für die Anwendung größerer Patronendurchmesser sind leistungsfähige Bohreinrichtungen, da größere Bohrlochdurchmesser nur schwierig mit Bohrhämmern auf Bohrstützen zu bohren sind.Die Ergebnisse der bisherigen Untersuchungen zeigen eindeutig, daß die Verwendung größerer Patronendurchmesser zweifellos interessante Möglichkeiten bietet, ohne daß größere Investitionen erforderlich sind.

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SummaryThe Influence of Cartridge Diameter on the Technique of Blasting for Galleries As blasting, in the past, had to be subordinated to the interests of drilling, as the aim was a borehole volume as small as possible, the present efficient drilling installations and the increasing road cross-sections offer the possibility to take the blasting-technical requirements more into consideration. One possibility of improving blasting methods is the use of greater cartridge diameters. Thorough investigations were carried out in the mines of the Federal Republic to enquire the influence of greater cartridge diameters on the number of boreholes and the time savings during drilling and blasting. By changing from 25- to 40mm cartridges, up to 50% boreholes could be saved. It can be taken as a thumb rule that a decrease in the number of boreholes by about 3% can be reached by each millimeter increase in the diameter of the cartridge. Besides, it was found that the optimum cartridge diameter depends on the cross-section of the gallery. In galleries with a section below 10 m², cartridge diameters <30 mm are to be used. For cross-sections between 10 und 20 m², cartridge of 30- or 35mm dia. should be used for blasting. For gallery cross-sections above 20 m², 40mm dia. cartridges can be used and, for cross-sections above 40 m², such with 50mm dia.A reduction in the number of boreholes causes time savings in drilling and blasting. In various cases, the time requirements for drilling and blasting were reduced by nearly 50%. The greater the length of round of drill holes, the higher the time savings, as a number of partial working processes during drilling and blasting are independent from the length of the round of shots. A pre-requisite for using larger cartridge diameters are efficient drilling machines, as it is difficult to drill larger borehole diameters only with jack-hammers on jeck-legs.The result of the investigations obtained so far shows clearly that, the use of larger cartridge diameters offers interesting possibilities of a rationalisation of drilling and blasting work without much investment.

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RésuméL'influence du diamètre de la cartouche sur la technique de l'utilisation des explosifs pour les galeries et tunnels Alors que dans le passé le travail à l'explosif a été subordonné à la foration, étant donné qu'on aspirait au volume de trou foré minimal, les engins de foration puissants actuels et les sections de galerie toujours plus grandes permettent de tenir compte, dans des proportions plus importantes, des exigences liées au travail à l'explosif. Une des possibilités pour améliorer ce travail consiste à utiliser des diamètres de cartouche plus importants. Dans les mines de charbon de la R. F. A. on a procédé à des études approfondies dans le but de déterminer l'influence sur le nombre de trou de mine et le temps économisé dans la foration et le tir des diamètres de cartouche plus importants. On est arrivé à réaliser des économies sur les nombres de trou allant jusqu'à 50% en passant à 40 mm Ø des cartouches dont le diamètre initial était de 24 mm. On peut retenir comme règle générale que, en augmentant d'un millimètre le diamètre d'une cartouche on peut obtenir une diminution du nombre total de trou de 3%. On a constaté d'autre part que le diamètre optimal des cartouches est fonction de la section à creuser. Pour des sections inférieures à 10 m² il faut prévoir un diamètre de cartouche de 30 mm. Quant aux sections entre 10 et 20 m² il y a lieu de faire sauter le massif par des cartouches dont le diamètre varie entre 30 et 35 mm. A partir de 20 m² de section on peut employer des cartouches de 40 mm Ø et pour des sections au creusement des galeries supérieures à 40 m² on passe à des diamètres de cartouche de 50 mm.La diminution du nombre de trou de mine porte ses effets sur une économie dans le temps dans la foration et le tir. Dans certains cas le temps nécessité pour ces opérations a été réduit de près de 50%. Plus long le cycle importantes les économies de temps un certain nombre d'opérations partielles dans la foration et le tir n'étant pas fonction de la profondeur des trous. Pour forer les trous de diamètres plus importants l'emploi de matériels de foration plus puissants est indispensable, en effet ces gros trous peuvent être difficilement forés par des martaux sur poussoir.Les résultats des études menées jusqu'ici montrent clairement que l'utilisation de diamètres de cartouche plus importantes présente incontestablement des possibilités intéressantes pour rationaliser davantage les travaux de foration et à l'explosif sans pour autant boliger l'exploitant à payer cette rationalisation par des investissements supplémentaires.

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Vortrag, gehalten beim 22. Geomechanik-Kolloquium im Oktober 1973 in Salzburg.

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Mit 8 Abbildungen     

Anisotropic hardening of an initially isotropic porous limestone

SummaryAnisotropic Hardening of an Initially Isotropic Porous Limestone The work reported in this paper represents an attempt to explain the plastic behavior of a material such as porous rock that compacts or shows a volume decrease as it undergoes plastic deformation, and exhibits a yield strength dependence upon the hydrostatic pressure. Specifically, experimental results are reported for true-triaxial tests conducted on a porous limestone with the objectives of determining the yield surface in stress space, the flow rule, and induced anisotropy.The initial yield surface is obtained by compression tests, extension tests and a hydrostatic stress test. Permanent deformation occurs under a hydrostatic stress for the dry, porous limestone used in these tests, thus the initial yield surface forms a closed surface in stress space.The concept of normality of the strain increment vector with respect to the yield surface is investigated by using different loading paths in stress space. From these different paths of loading the normality principle can be verified. Furthermore, it is found that work hardening along one axis produces changes of the yield stress along the other axes so that a sample was initially isotropic becomes anisotropic as a result of the work hardening.

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ZusammenfassungAnisotrope Verfestigung von ursprünglich isotropem, porösem Kalk Das plastische Verhalten eines porösen Gesteins, das sich bei plastischen Deformationen verdichtet bzw. eine Volumsabnahme zeigt und eine vom hydrostatischen Teil des Spannungstensors abhängige Fließgrenze aufweist, wird zu erklären versucht. Im besonderen wird von Ergebnissen echter Triaxialversuche an porösen Kalken berichtet, die zum Ziel hatten, die Fließoberfläche im Spannungsraum, die Fließregel und eine induzierte Anisotropie zu bestimmen.Die ursprüngliche Fließoberfläche wurde mittels Druck- und Zugversuchen und Experimenten mit allseitig gleichem Druck bestimmt. In diesen Versuchen stellten sich bei dem trockenen, porösen Kalk unter hydrostatischer Belastung zunehmende Deformationen ein, weshalb sich die ursprüngliche Fließoberfläche als geschlossene Fläche im Spannungsraum ergab.Das Konzept der Normalität des Vektors der Verformungszunahme in bezug auf die Fließoberfläche wurde unter Verwendung verschiedener Belastungswege im Spannungsraum untersucht und verifiziert. Außerdem konnte gezeigt werden, daß eine Verfestigung entlang einer Achse Änderungen der Fließgrenze an den anderen Achsen hervorruft, so daß ein ursprünglich isotropes Gestein anisotrop wurde.

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RésuméDurcissement anisotropique d'une chaux poreuse, isotropique au commencement Ce article a l'intention d'expliquer le comportement plastique d'une matière comme un roc poreux que rend compact ou présente une diminution de volume quand il subit une déformation permanente, et expose une dépendence de la durabilité de l'allongement sur la pression hydrostatique. Expressément, les résultats des recherches expérimentales sont rapportés pour un essai de cisaillement triaxial vrai fait sur chaux poreuse avec l'intention de déterminer la limite d'élastique de la surface en espace des tensions, la propriété de fluage, et l'anisotropie induit.La surface de la limite d'allongement initiale est obteni par des essais de consolidation, des essais d'extension, et des essais de tension hydrostatique. Déformation permanent est fait quand il y a un tension hydrostatique pour la chaux sèche et poreuse qui on emploi dans les essais, ainsi la surface de la limite d'allongement intiale fait une fermée en espace des tensions.Le concept de la normalité de la vecteur du dilatation accroissement relativement à la surface de la limite d'allongement est examiné par l'usage des paths de chargement différents en espace des tensions. Avec ces paths différents le principe de normalité est vérifié. En outre, on découvre que durcissement par écrouissage en avant un axe produit changements de la contrainte d'écoulement en avant l'autre axe pour qu'une éprouvette qui été isotropique au commencement devient anisotropique par suite de le durcissement par écrouissage.

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With 10 Figures     

Analogy between indentation and blasting tests on brittle rocks

SummaryAnalogy Between Indentation and Blasting Tests on Brittle Rocks This paper presents a common mechanism of breaking quasi-brittle rocks either by drilling and blasting or by indentation. Only minor modifications, to account for the prevailing boundary conditions pertaining to either one of these cutting processes, are required.Rock breakage by drilling and blasting or by indentation is based on the formation of a heterogeneous stress field due to the application of concentrated loads either by the indentor or by the detonation of the explosives. Rock behavior varies according to the stress level generated into the material. In the high stress zone it is plastic or pseudoplastic. In low stress region, failure is of the brittle extension type.In indentation the formation of a confined plastic zone is essential before chipping. However, for blasting plasticity is not necessary to occur prior to chipping because the high pressure gases that are generated from the explosion are usually quite sufficient — under suitable conditions — to create failure by extension cracking.Energy consumed in these rock cutting processes is a function of the relative amount of fines produced and their size distribution (or degree of fineness). Further improvements in rock breakage efficiency can be achieved by the proper choice of the important parameters for the specific techniques.The above analogy can be extended to other well known rock testing and breakage techniques.

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ZusammenfassungAnalogie zwischen Eindruck- und Sprengversuchen bei sprödem Gestein Dieser Bericht befaßt sich mit einem verbreiteten Verfahren zum Brechen von quasi-sprödem Gestein durch Bohren und Sprengen oder durch Eindrücken einer Spitze. Es sind nur geringe Veränderungen nötig, um die wichtigsten Randbedingungen des jeweiligen Bruchverfahrens zu berücksichtigen.Das Brechen von Fels durch Bohren und Sprengen oder durch Eindruckbeanspruchung beruht auf der Erzeugung eines inhomogenen Spannungsfeldes durch Aufbringung konzentrierter Lasten mittels einer Eindruckspitze oder einer Sprengung. Das Verhalten des Gesteins wird von der Spannungsintensität bestimmt. In Bereichen hoher Spannung ist es plastisch oder pseudoplastisch. In Zonen niedriger Spannung erhält man Dehnungssprödbrüche. Bei der Eindruckbeanspruchung ist die Ausbildung eines begrenzten plastischen Bereichs vor der Bruchauslösung ausschlaggebend. Dagegen ist für Sprengung plastisches Verhalten nicht notwendig, da die bei der Explosion entstandenen Gase unter hohem Druck bei vergleichbaren Voraussetzungen gewöhnlich völlig ausreichen, Zerstörung durch Dehnungsbruch herbeizuführen.Die für solche Felsbruchverfahren benötigte Energie ist eine Funktion des gewünschten relativen Feingutanteils und dessen Größenverteilung (oder Feinheitsgrad). Die Effektivität von Felsbruchverfahren kann durch richtige Wahl der wichtigen Parameter für die jeweilige Technik gesteigert werden.Die oben beschriebene Analogie kann auf andere bekannte Test- und Bruchverfahren übertragen werden.

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RésuméAnalogie entre poinçonnement et foudroyage des roches fragiles Cet article traite du mécanisme de rupture observé lors du poinçonnement et du foudroyage de roches du type fragile. Des modifications d'importance secondaire sont à apporter à ce mécanisme pour tenir compte des conditions aux limites propre à chacun de ce deux éssais.La rupture des roches dans des éssais est due à l'existence d'un champ de contraintes hétérogène résultant du poinçonnement or de la détonation des explosifs. Le comportement rhéologique des roches varie selon l'intensité des contraintes. A la zone comprimée, elle est du type plastique ou pseudoplastique. Par contre, dans la zone tendue, la rupture est du type fragile par extension.Dans la poinçonnement, la formation de la plasticité confinée sous le poinçon précède l'écaillage. Alors qu'en foudroyage la mise en plasticité autour du trou n'est, à priori, pas nécessaire, la forte préssion du gaz après la détonation pourrait — sour certains conditions — suffire pour rompre la roche autour de la charge d'explosif.La dépense énergétique dans le phénomène de rupture dépend de la taille des fines et de leur pourcentage dans les produits de rupture. Le choix approprié des paramètres importants du processus de coup résulte en une amélioration du son rendement.Enfin, l'analogie décrite ici pourrait être étendue à certains techniques d'éssai et de coupe de roches fragiles caractérisés par un champ de contraintes hétérogène.

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With 9 Figures     

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     

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.

     

Etude de la fissuration des éprouvettes sous contraintes en laboratoire et des massifs rocheux en carrières par une méthode d'émission acoustique

RésuméEtude de la fissuration des eprouvettes sous contraintes en laboratoire et des massifs rocheux en carrières par une methode d'emission acoustique Différentes étapes successives de l'évolution de la roche ont été établies lors d'essais en laboratoire par la technique d'émission acoustique. La dernière phase s'avère d'un grand interêt et peut être comparée aux phénomènes prémonitoires des éboulements qui précèdent la rupture dans les carrières.Un processus d'investigation du comportement du massif rocheux dans les carrières a été défini par la technique de sismique réfraction. D'après l'enregistrement des microbruits, on observe deux phases: une période active suivie d'une période d'amortissement qui traduit une restabilisation du massif, excepté lorsqu'un éboulement se produit quelques minutes après un tir.Les résultats trouvent une application pratique en mécanique des roches dans la conception d'un dispositif de surveillance des sites géologiques dont le principe est basé sur la technique d'emission acoustique.

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SummaryMechanism of Brittle Fracture of Rock During Uniaxial Compression in Laboratory in a Quarry by an Acoustic Emission Technic Different following stages of brittle fractures of rock were established during experiments in laboratory by using audible noises. The latter stage is very interesting and an analogy was established with premonitory crackles preceding the rupture of rock in quarries.A method for the investigation of the evolution of rocks in quarries was established by technical seismic refraction.Two stages are observed: A sensitive crackle, then die oscillations damp down which displays a stabilisation of rock, except when a falling takes place a few minutes after a crash.This theory is applied in rocks mechanism by means of a detection crackles device of which fundamental mechanics are determined by technical acoustic emission.

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ZusammenfassungErfassung des Sprödbruchverhaltens von Fels während einachsiger Druckversuche im Labor und im Steinbruch mittels einer akustischen Methode Durch die Interpretation von Geräuschen wurden bei Laborversuchen verschiedene, aufeinanderfolgende Stadien im Bruchverhalten von Fels festgestellt. Der Endzustand ist interessant; es wurde eine Analogie zu den warnenden Geräuschen, die einem Felsbruch in Steinbrüchen vorangehen, gefunden. Darauf wurde eine Methode aufgebaut, die auf Schallbrechung beruht und zur Überwachung der Entwicklung im Fels dient.Es können zwei Stadien beobachtet werden: ein intensives Knistern, dann eine Dämpfung, die eine Stabilisierung des Felsens ausdrückt, ausgenommen der Fall, daß wenige Minuten nach einem Krach ein Bergsturz eintritt.Diese Theorie wird in der Felsmechanik mittels einer speziellen Apparatur angewendet, die es erlaubt, fundamentale Verhaltensgrundsätze unter Anwendung von akustischer Emission festzustellen.

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Avec 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     

On the theory of the evaluation of joint orientation measurements

SummaryOn the Theory of the Evaluation of Joint Orientation Measurements The current procedure for the evaluation of sets of joint-orientation measurements in terms of regional stresses is critically reviewed. It is shown that the counting circles on a sphere for constructing density diagrams are not circles on an equal-area (Lambert) projection of such a sphere; the correct curves are presented. It is shown that the search for modal maxima in the density diagrams corresponds to a nonparametric statistic for which it is difficult to give confidence limits. General considerations about the statistics of experiments yield the result that 12–15 joint measurements in an outcrop are sufficient to define 3 maxima, if such maxima exist at all.In order to give confidence limits, it is best to introduce a parametric model for the distribution of joint orientations. For a single cluster of orientations the probability density function is chosen as proportional to exp (k ² cos² ) where is the polar deviation angle from the mean direction; since the basic joint-orientations havethree fundamental directions, three probability density functions of the above type have to be superposed. These are determined by giving 11 parameters which can be determined by a function-minimization procedure from a given set of measurements. This procedure is best carried out on a computer. In this fashion, confidence limits for the preferred joint directions can be obtained.For the determination of the stresses, only two preferred sets of joints are required reducing the necessary number of parameters to 7. According to the usual theory of the statistics of trials, it is seen that 21 measurements are required to determine them. Thus, using a parametric statistic, it is seen that 21 measurements of joint orientations in an outcrop should suffice to determine the stress field that produced them. If the sharpness of the distributions is assumed as a priori known, this reduces again to the 15 or 20 measurements required for a non-parametric evaluation.

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ZusammenfassungZur Theorie der Auswertung von Kluftstellungsmessungen Die gegenwärtig übliche Methode zur Auswertung von Kluftstellungsmessungen wird kritisch untersucht. Es wird gezeigt, daß die Zählkreise auf der Einheitskugel zur Bestimmung von Kluftpoldichten auf dem Lambertschen Netz keine Kreise ergeben; die richtigen zu benützenden Zählfenster sind in der Arbeit abgebildet. Es wird gezeigt, daß die Bestimmung von Poldichtemaxima einer nichtparametrischen statistischen Methode entspricht, für welche es schwierig ist, Vertrauensgrenzen anzugeben. Allgemeine Betrachtungen über die Statistik von Experimenten ergeben das Resultat, daß zur Bestimmung von 3 Kluftpolmaxima in einem Poldichtediagramm für einen Aufschluß nur 12–15 Kluftmessungen notwendig sind, wenn solche Maxima überhaupt existieren.Um Vertrauensgrenzen anzugeben, ist es am besten, ein parametrisches Verteilungsmodell für die Kluftstellungen einzuführen. Für einen Polhaufen mit einem einzigen Maximum wird die Dichtefunktion proportional zu exp (k ² cos² ) gewählt, wo die Poldistanz von der Richtung des Maximums bedeutet. Da man im allgemeinen für den Kluftkörper drei charakteristische Kluftstellungen erwartet, muß die Dichtefunktion durch die Überlagerung dreier Funktionen obigen Typs gebildet werden. Eine solche wird dann durch 11 Parameter spezifiziert, welche durch eine Funktionsminimisierung aus einer Meßserie bestimmt werden können. Die Minimisierung wird am besten auf einem Elektronenrechner ausgeführt; man erhält auf diese Weise Vertrauensgrenzen.Zur Bestimmung der Spannungen braucht man nur zwei Polmaxima, so daß sich die Zahl der zu bestimmenden Parameter auf 7 reduziert. Nach der üblichen Theorie der Statistik der Experimente benötigt man dann 21 Kluftstellungsmessungen an einem Aufschluß. Die parametrische Betrachtungsweise führt daher zum Resultat, daß man nur 21 Kluftmessungen benötigt, um das Spannungsfeld, das die Klüfte produzierte, zu bestimmen. Wenn die Schärfe der Verteilungen als gegeben angenommen wird, reduziert sich die Zahl weiter bis auf etwa 15 Messungen, was wieder der aus nichtparametrischen Betrachtungen abgeleiteten Zahl entspricht.

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RésuméContribution à la théorie de l'évaluation des déterminations de l'orientation des clivages Une revue critique de la méthode actuellement en usage pour l'évaluation des déterminations des orientations des clivages dans un affleurement est donnée. Il est démontré que les cercles sur une sphère d'unité ne deviennent pas des cercles dans une projection de Lambert; les figures correctes sont présentées; il faut les utiliser pour déterminer la densité des pôles des clivages dans un graphe. Les maxima de densité des pôles sont ainsi déterminés par une méthode non-paramétrique pour laquelle il est difficile de donner des limites de confiance. Des considérations générales concernant la statistique des épreuves donnent le résultat qui'l ne faut que de 12 à 15 déterminations individuelles de clivages pour déterminer les 3 maxima du parallelépipède fondamental de la roche; — si ces maxima existent.Afin d'obtenir les limites de confiance, il faut choisir une méthode paramétrique où l'on donne une distribution hypothétique pour les orientations des clivages. Pour une seule accumulation des pôles, on prend une distribution proportionale à exp (k ² cos² ) où est la distance polaire entre la direction du maximum et la direction considérée. En general, le parallelépipède fondamental de la roche est determiné par trois maxima; ainsi la distribution fondamentale des densités doit être construite par une superposition de 3 distributions du type indiqué en haut. C'est une fonction qui contient 11 paramètres, qui peuvent être déterminés par une minimisation fonctionnelle exécutée à l'aide d'un ordinateur. Dans cette façon, on obtient des limites de confiance.Afin de déterminer les contraintes régionales il ne faut que 2 maxima des pôles; ainsi le nombre de paramètres se reduit a 7. En conséquence de la théorie usuelle des épreuves, il faut 21 déterminations d'orientations des clivages dans un affleurement. Ainsi, la méthode paramétrique démontre qu'il ne faut la connaissance que de 21 clivages pour déterminer la direction des contraintes principales qui les ont produits. Si la dispersion de la distribution fondamentale est prise comme connue, ce nombre se reduit de plus à 15 environs, ce qui est à peu près le même nombre auquel on avait arrivé dans les considérations non-paramétriques.

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With 9 Figures     

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     

Hydrogeologic Evaluation Of Fracture Permeability In Crystalline Basement Aquifers Of Uganda

Throughout Africa, many communities rely on fractured crystalline basement rocks of Precambrian age as the primary source of water supply. The hydrogeology of these aquifers is often poorly understood, and boreholes are frequently sited and designed with little appreciation of the local fracture system. This is especially true in Uganda, where the role of fractures in determining well yield and relative importance of deep and shallow fracture zones have been a continous source of debate since a major national well drilling program was initiated over ten years ago. Recent studies in Uganda have attempted to resolve outstanding hydrogeological questions through the implementation of one of the most comprehensive borehole fracture studies ever undertaken in continental Africa. During the study, 233 packer tests were carried out at 22 sites. Six of the sites, together with a further 16, were subjected to constant yield recovery tests. One well was tested before and after the deployment of yield-enhancing hydraulic fracturing techniques to investigate its effectiveness. Study results reveal the presence of an extremely poor aquifer with little transmissive capability. Across the study area, the hydraulic conductivity of the bedrock average <10^-7 m/s; the majority of transmissivity values are less than 1 m²/d. Packer tests show that fractures occur throughout the depth of well, but are usually very few in number and often exhibit a relatively low permeability. Most wells relied on a single permeable zone for most of their water. In approximately half of the boreholes tested, the most permeable zone was found to occur at the top of the uncased section, just below the regolith. No relationship was found between the distribution of boreholes with shallow, intermediate or deep, high yielding fracture zones and physiographic features. Neither was any relationship observed between hydraulic conductivity and depth within the upper 60 meters of rock tested. Notably, however, no fracture zones more permeable than 10^-5 m/s were found below a depth 57m, and it is suggested that a depth of approximately 60m below ground level may represent the effective base of aquifer. Packer tests performed in a hydraulically fractured borehole confirmed increases in borehole transmissivity by a factor of about 3. The tests were also able to show where improvement in hydraulic conductivity was being achieved. Résumé. Estimation de la perméabilité de fractures dans les aquifères du socle cristallin en Ouganda. Partout en Afrique, les ressources en eau de nombreuses communautés proviennent pour l'essentiel des roches cristallines fracturées d'âge précambrien. L'hydrogéologie de ces aquifères est souvent mal connue; fréquemment, l'implantation des forages s'appuie sur une connaissance bien faible du dispositif local de fracturation. C'est particulièrement vrai en Ouganda, où le rôle de la fracturation dans la détermination du débit des puits et l'importance relative des zones de fractures superficielle et profonde sont le sujet de discussions permanentes depuis le lancement, il y a 10 ans, du programme de forages. Les études récentes en Ouganda ont tenté de répondre aux principales questions concernant l'hydrogéologie en réalisant l'une des études les plus complètes sur la fracturation dans les forages jamais entreprises en Afrique centrale. Cette étude s'appuie sur 233 tests avec packer menés sur 22 sites. Six de ces sites, puis 16 autres ont été soumis à des tests de rabattement à débit constant, puis à l'étude de la remontée. Un puits a été testé avant et après un développement par fracturation hydraulique pour déterminer l'efficacité de la méthode. Les résultats obtenus montrent l'existence d'un aquifère très rédiut à faible transmissivité. Dans la région étudiée, la conductivité hydraulique du socle est en moyenne infériur à 10^щ m/s; la majorité des valeurs de transmissivité sont inférieures à 1 m²/j. Les tests avec packers montrent que les fractures sont présentes tout au long du puits, mais qu'elles sont en général très peu nombreuses et présentent une faible perméabilité. L'essentiel de la ressource de la plupart des puits provient d'une zone perméable unique. Dans près de la moitié des puits testés, la zone la plus perméable a été recoupée au sommet de la partie non tubée, juste sous le régolite. Il n'existe aucune relation entre la physiographie et la répartition des puits selon la position superficielle, intermédiaire ou profonde des fractures productrices. Il n'a pas été non plus observé de relation entre la conductivité hydraulique et la profondeur, dans la tranche de roche testée des 60 m supérieurs. Toutefois, aucune zone fracturée présentant une perméabilité meilleure que 10^ч m/s n'a été trouvée au-dessous de 57 m, ce qui permet de supposer que la base réelle de l'aquifère est à environ 60 m sous la surface du sol. Les tests avec packers effectués dans le forage développé par fracturation hydraulique montrent une amélioration de la transmissivité d'un facteur 3. Les tests ont aussi montré où s'était produite l'amélioration de la conductivité hydraulique.     

On the mechanism and process of slope deformation in an open pit mine

SummaryOn the Mechanism and Process of Slope Deformation in an Open Pit Mine This paper presents an example of slide-toppling deformation in the slope of Jinchuan open pit mine. The composite mechanism and deformation process are controlled by the tabular-blocky structure of a faulted rock mass. The rheologic behaviour is found to be consistent with a three stage creep law and can be expressed by an exponential function. The results of field investigations and long-term observations demonstrate that the time-dependent deformation of rock masses is essentially related to creep along faults and other weak surfaces.

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ZusammenfassungÜber den Mechanismus und den Verlauf von Hangbewegungen in einem Tagbau Als Beispiel für eine Gleitbewegung, die mit Rotationsvorgängen kombiniert ist, wird eine Hangbewegung im Tagbau von Jinchuan beschrieben. Der komplizierte Mechanismus und der Verlauf der Deformationen werden von den bankigen Strukturen des Gebirges geprägt. Das rheologische Verhalten entspricht dem Drei-Phasen-Kriechgesetz und kann durch eine Exponentialfunktion dargestellt werden. Im Verlauf von langfristigen Beobachtungen zeigt sich, daß die zeitabhängigen Deformationen stark mit Kriechvorgängen an Störungen und anderen Schwächezonen zusammenhängen.

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RésuméSur le mécanisme et le processus des déformations de la pente dans une mine à ciel ouvert On discute dans cet article l'exemple des déformations du glissement-ecroulement de la pente dans la mine à ciel ouvert de Jingchun. Le mécanisme et la processus de ces déformations complexités sont controlés par la structure de la fracture du massif rocheux. Le comportement rheologique correspond au caractère de trois phases du flauge et s'interprete par l'exponentiele. Le resultat de l'etude a la place et l'observation prolongée démontre que la comportement du massif rocheux en foction du temps est régés essentiellement par la flauge des failles et fractures.

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With 12 Figures     

Determination of the post-failure behavior of brittle rock using a servo-controlled testing machine

Summary Determination of the Post-Failure Behavior of Brittle Rock Using a Servo-Controlled Testing Machine. The use of the servo-controlled testing machine to control fracture when a rock specimen is deformed beyond its peak strength is discussed. This region of deformation can not usually be examined because excess energy released by the loading system produces rapid disintegration of the specimen. In the test method described the energy release is controlled by a high frequency electronic servo-control system acting in combination with a hydraulic system of very short response time. The control causes the excess energy to be withdrawn before it can be released into the disintegrating specimen, by removing pressurized fluid from the hydraulic system.Theoretical considerations reveal that the condition for controlled fracture is determined by the ability of the hydraulic loading system to unload rapidly. This may be expressed in terms of a dynamic stiffness,K _r , of the hydraulic system. For sufficiently small deformation rates and short servo-control response times the fracture process can be controlled, even though the unloading slope of the stress-strain curve of the rock specimen tends to become infinitely steep.The experimental technique is described in detail and some results obtained in studying the post-failure behavior of Tennessee Marble under uni-axial and bi-axial compression using the new system are presented.

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Zusammenfassung Bestimmung des Verhaltens von sprödem Gestein nach dem Bruch mittels eines servogesteuerten Prüfgerätes. Es wird über ein neues Verfahren berichtet, den Bruch spröden Gesteins zu kontrollieren, nachdem seine maximale Bruchlast überschritten ist. Dieser Bereich ist im allgemeinen der Untersuchung nicht zugänglich, da bei der Verwendung herkömmlicher Belastungs-Maschinen vom Belastungs-System ein Überschuß an Energie frei wird, der für eine explosionsartige Zerstörung des Gesteins verantwortlich ist. Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird das Freiwerden der im System gespeicherten Energie durch ein hochfrequentes, elektronisch geregeltes Servo-System in Verbindung mit einer Hydraulik mit kurzer Verzögerungszeit kontrolliert. Es wird dabei der Gesteinsprobe zu jedem Zeitpunkt nur so viel Energie zugeführt wie zur Aufrechterhaltung für den stabilen Bruch notwendig ist.Die theoretische Betrachtung des Systems zeigt, daß die Bedingung für den stabilen Bruch entlang der Post-Failure-Charakteristik durch die Fähigkeit des Belastungs-Systems bestimmt wird, rasch zu entladen. Der Begriff einer dynamischen Steife wird definiert. Für genügend kleine Verformungsgeschwindigkeiten und kurze Verzögerungszeiten des Servo-Systems kann der Bruch auch dann kontrolliert werden, wenn die Neigung der Post-Failure-Kurve sich sehr großen Werten (– ) nähert.Der Versuchsaufbau und die Versuchsdurchführung werden beschrieben und es werden einige Post-Failure-Kurven für Tennessee Kalkstein unter einachsiger und zweiachsiger Druckbeanspruchung wiedergegeben, wobei das neue Verfahren verwendet wurde.

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Résumé Détermination du comportement après la rupture des roches fragiles au moyen d'une machine d'essai asservie. On présente un nouveau système pour contrôler la rupture des roches fragiles lorsque leur limite de rupture est dépassée. En général, il n'est pas possible d'étudier le comportement des roches dans ce domaine. L'emploi d'une machine d'essai traditionnelle libère inévitablement lorsque la limite de rupture est dépassée, un excès d'énergie qui provoque une violente désintégration de la roche. L'appareil, décrit dans cet article, contrôle la libération de l'énergie accumulée dans le système à l'aide d'un servosystème électronique à haute fréquence règlant un mécanisme hydraulique à temps de réponse très court. De cette facon, il est possible de limiter l'énergie transmise à la roche à la quantité nécessaire pour développer une rupture stable.L'analyse théorique du système révèle que la possibilité d'obtention d'une rupture stable, la limite de rupture ayant été dépassée, est déterminée par la rapidité avec laquelle le système hydraulique peut se décharger. Le concept de rigidité dynamique est défini. Si les vitesses de déformation sont petites et si les temps de réponse du servosystème sont courts, il est possible de contrôler la rupture, même lorsque la pente du diagramme effort-déformation tend à devenir infiniment raide, la limite de rupture étant dépassée.Le dispositif expérimental et l'exécution d'un essai sont décrits. Quelques diagrammes complets (y compris la partie descendante) d'un marbre du Tennessee pour les cas de compression simple et de compression double utilisant ce nouveau système sont présentés.

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With 7 Figures