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     

Traction problems on an elastic jointed rock half-space

SummaryTraction Problems on an Elastic Jointed Rock Half-Space A rock mass with a major set of parallel, planar joints is considered for the case when the joint spacing is small compared with the length scales of interest, and large compared with the relative displacements across the joints. A continuum theory is adopted and under the additional assumption that the joints have finite elastic stiffnesses associated with their tangential and normal response prior to slip, the rock may be shown to be transversely isotropic about the direction of the joint normal. The class of problems for which analytic solutions are available for a transversely isotropic medium is very limited. However, for the case of low joint stiffnesses an approximate potential theory, analogous to that of inextensible fibre reinforced elastic materials, is available and may be applied to a much more general set of domains. Both the approximate theory and the exact transversely isotropic theory for low joint stiffnesses are applied to plane strain traction problems on a half-space in which the joints are inclined at varying angles to the boundary. Comparisons of the two theories are made for various values of the rock parameters and the joint angle.

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ZusammenfassungZugspannungsprobleme in Felshalbräumen mit Klüften, die sich elastisch verhalten Eine Felsmasse mit einer größeren Anzahl von parallelen, ebenen Klüften wird unter der Annahme untersucht, daß die Kluftweite gegenüber den betrachteten Längenabmessungen klein ist und gegenüber den relativen Bewegungen quer zu den Klüften groß ist. Mit Hilfe einer Kontinuumstheorie kann unter der Annahme, daß die Klüfte, bevor sie gleiten, eine endliche elastische Steifheit in Kluftrichtung und normal dazu besitzen, gezeigt werden, daß der Fels transversal-isotrop bezüglich der Kluftnormalen ist. Die Klasse der Probleme, für die analytische Lösungen für ein transversal-isotropes Medium existieren, ist sehr begrenzt. Jedoch für den Fall geringer Bindungssteifigkeit gibt es eine Näherungspotentialtheroie, ähnlich jener für undehnbare, glasfaserverstärkte elastische Materialien, die viel allgemeiner angewendet werden kann. Sowohl die Näherungstheorie als auch die exakte transversal-isotrope Theorie für kleine Fugensteifheit wird auf ebene Zugspannungsprobleme in einem Halbraum angewandt, in welchem die Klüfte in verschiedenen Winkeln zur Grenzebene geneigt sind. Für verschiedene Werte der Felsparameter und der Winkel der Klüfte werden Vergleiche angestellt.

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RésuméLes problèmes de traction sur un roc demi-espace joint élastiquement Une masse de roc avec un ensemble majeur de parallèle, les joints planar, est considérée dans le cas où l'espace de joint est petit en comparaison avec la longueur des échelles considérées, et large en comparaison avec le décalage relatif à travers les joints.Une théorie continue est adoptée et sous la supposition additionnelle qui stipule que les joints ont des raideurs élastiques finies, associés avec leurs tangentielle et normale reponse antérieur à glisser. Il pourrait être démontré que le rock peut-être transversalement isotropique en ce qui concerne la direction des joints normaux. La classe des problèmes pour lesquels des solutions analytiques sont valables pour un milieu transversalement isotropique est très limitée.Cependant, pour le cas des petites raideurs de joint, une théorie de potentiel approximative analogue aux matériaux élastiques renforcées d'une fibre inextensible est disponible, et peut-être appliquée pour un ensemble de domaines plus généralisés. La théorie approximative et la théorie de l'isotropie transversale pour les petites raideurs de joint, sont à la fois appliqués aux problèmes d'effort de traction plane dans un demi-espace dans lequelle les joints sont inclinés à des angles variés par rapport à la limite. La comparaison des deux théories est réalisée pour diverses valeurs des paramètres du roc et de l'angle de joint.

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With 12 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.

     

Response of rocks to impact loading by bars with pointed ends

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

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

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

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With 27 Figures     

A Model For the Effects Of Point-Source Emission Of Aerosols On Groundwater Systems

The effect of natural aerosols on groundwater chemistry is widely accepted, but the effects of anthropogenic aerosol emissions have received relatively little study. This sensitivity analysis examines the factors most significantly influencing the concentration of aerosols in groundwater. Processes include aerosol dispersion from a point source, deposition on the land surface , transport through the unsaturated zone, and mixing with underlying groundwater. The composite simulation model integrates well-documented models for the atmospheric, unsaturated-zone, and saturated-zone systems; models were chosen which could use the most readily obtainable or estimated input parameters. The analysis indicates that point-source aerosol contaminants possess a significant potential to affect aquifer water quality adversely. Furthermore, aerosols may have an impact on background concentrations on a regional scale. The key parameters are the source concentration, net infiltration, transport-velocity distributions in the unsaturated zone, and depth of the water table. We surmise that instances where groundwater contaminant dispersal greatly exceeds predicted travel times could be the result of aerosol contamination and not underestimations of seepage velocities or hydrodynamic dispersion. Aerosol contamination of groundwater should not be dismissed a priori. Résumé: L'impact des aérosols naturels sur la chimie des eaux souterraines est bien connu; mais celui provoqué par les émissions d'aérosols produits par l'homme a été bien peu étudié. Dans ce travail, les facteurs qui influencent de manière significative la concentration en aérosols des eaux souterraines ont été examinés en détail. Les processus en cause comprennent la dispersion de l'aérosol à partir d'une source ponctuelle, le dépôt à la surface du sol, le transport dans la zone non saturée et le mélange avec l'eau de la nappe. Le modèle composite de simulation intègre des modèles bien connu pour l'atmosphère, la zone non saturée et la zone saturée; les modèles choisis sont ceux qui utilisent les paramètres d'entrée les plus faciles à obtenir ou à estimer. L'analyse indique que les contaminants produits par une source ponctuelle peuvent affecter significativement de façon défavorable la qualité des eaux souterraines. En outre, les aérosols peuvent avoir un impact sur les concentrations originelles à l'échelle régionale. Les paramètres-clés sont la concentration à la source, l'infiltration nette et la profondeur de la surface piézométrique. Nous soupçonnons que dans les cas où la dispersion de polluants dans un aquifère dépasse largement les temps de transit prédits par les modèles, il se pourrait que cela soit dû à une contamination par des aérosols et non à une surestimation des vitesses d'infiltration ou de la dispersion hydrodynamique. La contamination des eaux souterraines par des aérosols ne doit pas être rejectée a priori.     

Petrographische Eigenschaften der Gerölle und Sandkörner als Klimazeugen

Zusammenfassung Zahlreiche Zählungen haben gezeigt, da\ die petrographische Zusammensetzung der Gerölle und Sandkörner nicht nur vom Relief (Tektonik), sondern auch vom Klima und von der Vegetation abhängig ist. In dieser Hinsicht ist der %-Anteil der Quarzgerölle (Gangquarz-Gerölle von 2–10 cm Grö\e) bezogen auf die Summe: Quarz + Granit + Gneis ungefähr 2% (Mittelwert) in Gebirgen, 8% in glazialen und fluvioglazialen Ablagerungen, 20% in periglazialen Gürteln und unter subaridem Klima; er steigt bis auf 97% in warmen und feuchten Ebenen (z. B. Guyana oder Gabun).Entsprechend fällt in der Sandfraktion (Korngrö\e etwa 0,5 bis 1,0 mm) der %-Anteil der Feldspäte bezogen auf die Summe: Feldspat + Quarz + andere Mineralien der Granite, Gneise, Basalte usw. von ungefähr 50–20% im glazialen, periglazialen, subariden oder ariden Klima wie auch in vielen Gebirgen und vulkanischen Ablagerungen bis auf 4-0% in den Sanden der warmen und feuchten Ebenen.Erklärung: Unter kaltem oder aridem Klima und in vielen Gebirgen herrscht die mechanische Zersplitterung der Gesteine vor; Feldspäte sind häufig und unter den Geröllen gibt es viele Granite und Gneise; Gangquarze sind dagegen relativ selten. In bewaldeten Ebenen des warmen und feuchten Klimas überwiegt die chemische Verwitterung; die Feldspäte werden zu Ton- und Bauxit-Mineralien umgewandelt, und von den Graniten und Gneisen bleiben au\er den seltenen Schwermineralien und anderen Ausnahmen nur Quarzkörner (im Sand) und Gangquarze (als Gerölle).Diese Klimazeugen, die auf jetzige oder pleistozäne Beispiele begründet wurden, können auch für ältere Zeiten bis zum Tertiär und wahrscheinlich sogar mit kleineren änderungen bis zum Karbon gelten.

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Résumé De nombreux comptages ont montré que la composition pétrographique des galets et celle des grains de sable ne dépend pas seulement du relief (donc de la tectonique), mais encore du climat et de la végétation. Dans ces recherches, on considère le pourcentage des galets de quartz (d'origine filonienne, et de 2 à 10 cm de long), rapporté à la somme: galets de quartz, de granite, de gneiss. Ce rapport passe d'environ 2% en moyenne dans les montagnes, à 8% dans les dépÔts glaciaires et fluvio-glaciaires, 20% dans les bordures périglaciaires et sous climat semi-aride, et jusqu'à 97% dans les plaines chaudes et humides (par exemple en Guyane et au Gabon). Parallèlement, dans la fraction sableuse (grains de 0,5 à 1 mm environ), le pourcentage des grains de feldspaths, rapporté à la somme feldspath + quartz + autres minéraux des granites, gneiss, basaltes... etc., passe de 50-20% dans les dépÔts glaciaires, périglaciaires, sub-arides ou arides, ainsi que dans les formations volcaniques, à moins de 5% dans les sables engendrés sous climat chaud et humide.Explication: Sous climat froid ou aride, ainsi que dans beaucoup de montagnes, domine la fragmentation mécanique des roches; les feldspaths sont fréquents dans les sables et, parmi les galets, il y a beaucoup de granites, gneiss ... etc; les quartz filoniens sont en revanche relativement rares. Au contraire, dans les plaines boisées des régions chaudes et humides, c'est l'altération chimique qui l'emporte; les feldspaths sont altérés en argiles ou en minéraux des bauxites; des granites et des gneiss, il ne subsiste, en dehors de quelques minéraux lourds, que les grains de quartz (à l'échelle des grains de sable), et les morceaux de quartz filoniens (à l'échelle des galets).Ces faits ont été établis avant tout par l'étude de formations actuelles ou quaternaires. Ils permettent d'interpréter les formations tertiaires et mÊme, moyennant quelques réserves, probablement aussi plus anciennes, jusqu'au Carbonifère.

     

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

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

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

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

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With 16 Figures     

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.

     

Indirect tensile testing of anisotropic rocks

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

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

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

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With 16 Figures     

Essai sur la structure des domaines émergés autour de la Méditerranée occidentale

Résumé De travaux menés dans les zones littorales de l'Afrique du Nord et dans tout le S de l'Espagne, l'auteur tire une nouvelle définition des grands ensembles structuraux péri-méditerranéens. Ces ensembles sont, dans les Cordillères bétiques, du N au S: zones externes (Prébétique, Subbétiques, Pénibétiques), zones internes (Flyschs gaditans, Malaguides, Alpujarrides, Nevadides 1). Dans le Rif marocain, symétriquement, on rencontre du S au N: zones externes (Autochtone de l'Atlas, nappes prérifaines et intrarifaines), zones internes (Flyschs nord-rifains, Tétouanides 2), Ghomarides 3), Sebtides 4); la plupart de ces zones se poursuivent vers l'E, jusqu'en Tunisie et en Sicile.Le fait majeur, à souligner au départ, est la parfaite symétrie de la chaîne alpine de la Méditerranée occidentale: les nappes rifaines ne le cèdent pas en importance aux nappes bétiques. Les diverses unités des deux systèmes se raccordent de manière évidente par la courbure de Gibraltar. L'âge du paroxysme tectonique paraît entièrement compris entre Oligocène supérieur et Miocène supérieur, aucune preuve objective n'existant de nappes plus anciennes.La remise en place des divers ensembles structuraux dépend de l'hypothèse générale définie au départ. Il est d'abord fait allusion à l'interprétation classique, par charriages modérés, ne faisant pas appel à des modifications importantes dans l'emplacement des bassins sédimentaires, actuellement visibles en plan. Les objections à ce premier schéma paraissent déterminantes.Une deuxième interprétation, que l'auteur a déjà partiellement esquissée auparavant, sera envisagée: les unités externes (s'empilant sur elles-mêmes) et leurs socles s'enfonceraient sous les zones internes qui, par réaction, seraient poussées vers l'extérieur de la chaîne: chacune des nappes dépasserait la nappe plus basse, au cours de ce mouvement. Dans le cas de l'Espagne, avant les charriages, les domaines sédimentaires des zones internes se placeraient à l'inverse de la disposition actuelle, soit du N au S: Nevadides, Alpujarrides, Malaguides, Pénibétique et Flyschs gaditans (ultras). Du côté marocain, nous aurions de même du S au N: Sebtides, Ghomarides, Tétouanides, Flyschs nord-rifains (ultras). Cela obligerait, au total, à faire rapprocher l'un de l'autre, en profondeur, les bâtis de la Meseta ibérique et de l'Atlas marocain, d'environ 300 à 500 km, l'actuelle largeur de la mer d'Alboran (150 km) ne permettant pas de reloger les domaines de toutes les nappes. Un axe d'enfouissement serait à rechercher sous l'actuelle Méditerranée.Une troisième interprétation, proposée aujourd'hui par l'auteur, considère que la chaîne péri-méditerranéenne montre une cicatrice structurale fondamentale, qui séparerait domaines internes bétiques et rifains, d'une part, domaines bétiques et rifains plus externes, de l'autre. Cette cicatrice se couderait au niveau de Gibraltar. Les nappes internes seraient comme aspirées vers la cicatrice ainsi que, en sens inverse, les nappes externes. La reconstitution paléogéographique finale est fort satisfaisante et l'ampleur des rétrécissements sensiblement diminuée.La position du domaine des Flyschs kabyles, nord-rifains et gaditans, fait enfin l'objet d'un examen nouveau: sans rejeter l'origine ultra, déjà proposée, l'auteur envisage d'autres solutions, qui auraient l'avantage de mieux s'intégrer dans l'image proposée aujourd'hui.     

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     

A new digital method for three-dimensional stress analysis in elastic media

SummaryA New Digital Method for Three-Dimensional Stress Analysis in Elastic Media A new method for three-dimensional stress analysis in elastic media is outlined. According to this approach the problem is formulated purely in terms of conditions prevailing at the bounding surfaces of an elastic body. Stress and displacements on these surfaces, as well as inside the body, are expressed in terms of the superimposed effect of a set of basic solutions having suitable properties.The method is developed in matrix form. Some general properties of the governing matrices are established with a view to developing suitable numerical procedures.The convergence characteristics of two iterative schemes are considered.The paper concludes with observations concerning the generality of the approach.

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ZusammenfassungNeues digitales Verfahren zur dreidimensionalen Spannungsanalyse in elastischen Medien In der vorliegenden Arbeit werden die Grundlagen eines neuen Verfahrens der dreidimensionalen Spannungsanalyse beschrieben.Die Behandlung des allgemeinen Problems der Gebirgsmechanik, d. h. die Bestimmung der Spannungs- und Verschiebungsverteilungen in der Umgebung von untertägigen Hohlräumen, mit Hilfe konventioneller Verfahren — wie z. B. der Methode der Finiten Elemente — hat den Nachteil, daß der gesamte Gebirgskörper berücksichtigt werden muß. Dies hat zur Folge, daß sich realistische dreidimensionale Probleme auch mit modernsten Digitalrechnern nicht mehr innerhalb annehmbarer Rechenzeiten lösen lassen. Das hier vorgestellte Verfahren vermeidet diese Schwierigkeiten durch eine Formulierung, die ausschließlich die Randbedingungen an den Begrenzungsflächen des Mediums verwendet. Spannungen und Verschiebungen an diesen Flächen sowie im Inneren des Gebirgskörpers werden als Überlagerungseffekt einer Reihe von Grund-Lösungen mit geeigneten Eigenschaften ausgedrückt.Aus Gründen der Einfachheit wird in dieser Arbeit nureine solche Grund-Lösung verwendet. Diese beschreibt die Wirkungen einer Einzelkraft, die an einem Punkt eines unendlichen Mediums angreift. Mit Hilfe dieser Lösung kann die Wirkung eines Aggregates derartiger Kräfte in Matrizenform ausgedrückt werden.Läßt man eine Einzelkraft an jedem infinitesimalen Element einer kontinuierlichen Fläche angreifen, dann können die Spannungs- und Verschiebungsverteilungen im Körper mit Hilfe der an dieser Fläche herrschenden Randbedingungen beschrieben werden. Begrenzt die Fläche einen geschlossenen Hohlraum, so trennt sie das Medium in einen inneren und einen äußeren Teil. Auf diese Art entstehen zwei Problemklassen: Während der innere Bereich die Spannungsanalyse von Ingenieurbauten beinhaltet, entspricht der äußere Bereich dem Hohlraumproblem der Gebirgsmechanik.Die beschriebene Formulierung mittels Matrizen ist für beide Bereiche gültig. Es wird jedoch gezeigt, daß die entsprechenden Matrizen charakteristisch unterschiedliche Eigenschaften haben. Diese Beobachtung ist von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung numerischer Lösungsverfahren. Die Konvergenz-Charakteristiken zweier Iterativ-Schemata werden in Betracht gezogen.Zusammenfassend wird noch einmal die generelle Gültigkeit des Verfahrens betont. Weitere Grund-Lösungen und ihre Anwendung auf spezielle Probleme werden erwähnt.

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RésuméUne nouvelle méthode pour la solution de problèmes à trois dimensions dans la théorie de l'élasticité Les auteurs élaborent une nouvelle méthode pour la solution de problèmes à trois dimensions dans la théorie de l'élasticité.En Mécanique des Roches, lorsque les excavations sont situées dans une masse infinie de roches, les méthodes courantes, telle que les éléments finis, ont le désavantage d'avoir à opérer sur une quasi-infinité d'éléments. Il en résulte que l'analyse de configurations réelles à trois dimensions devient impossible même avec les plus grands ordinateurs modernes. La nouvelle méthode évite ces difficultés en reformulant le problème entièrement en fonction des conditions régnant aux limites de la configuration. Les tensions et les déplacements aux limites, ainsi qu'à l'intérieur de la masse, sont produits par les actions superposées d'un ensemble convenablement choisi de fonctions — solutions élémentaires.Pour alléger l'exposé on n'a employé qu'une seule fonction — solution dans cette publication. Elle décrit l'action d'une force concentrée en un point d'un milieu infini. Les actions d'une distribution de pareilles forces concentrées peuvent s'exprimer sous forme matricielle.En appliquant une force concentrée à chaque élément infinitésimal d'une surface continue située dans le milieu on arrive à exprimer les tensions et les déplacements en un point quelconque en fonction des conditions régnant sur cette surface.Si cette surface est fermée elle divise le milieu en une région intérieure et une région extérieure, ce qui donne lieu a deux classes de problèmes. Le problème intérieur se présente surtout en Résistance des Matériaux, tandis que le problème extérieur se recontre en Mécanique des Roches.Le formalisme matriciel mentionné ci-dessus est applicable dans les deux régions. Cependant il apparaît que les matrices associées ont des propriétés foncièrement différentes. Cette constatation est de première importance lors de l'élaboration de méthodes de solutions numériques ayant recours à l'ordinateur.Deux procédés de calculs appropriés sont analysés dans cette publication.Dans leurs conclusions les auteurs mettent de nouveau en relief la généralité de la méthode. Quelques exemples de fonctions — solutions élémentaires, différentes de la fonction — solution (force concentrée) employée dans cette publication, sont cités.

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With 3 Figures     

Gebirgsbewegungen in einem unter Gebirgsdruck stehenden Stollen

ZusammenfassungGebirgsbewegungen in einem unter Gebirgsdruck stehenden Stollen (Messungen während des Vortriebes und Folgerungen für die Wahl der Vortriebsmethode) Durch einfache Messungen der Gebirgsbewegungen beim Vortrieb und bei Auskleidungsarbeiten kann auch im druckhaften Gebirge die Sicherheit der gewählten Auskleidung überprüft werden. Die Meßergebnisse zeigen, daß die Gebirgsbewegung rasch nach dem Abschlag zum Abklingen kommt, wenn die Auskleidung so ausgeführt wird, daß sie baldmöglichst die Kräfte der Spannungsumlagerung aufnehmen kann. Ihre Auswirkung in die Tiefe des Berges bleibt dann sehr klein.Anhand der Messungen kann auch festgestellt werden, daß nach Abklingen der Gebirgsbewegung diese erneut auflebt, wenn ein darauffolgender Arbeitsgang das erreichte Gleichgewicht wieder stört. Hierbei ist insbesondere nachweisbar, daß jedes Untergraben der Ulmenfundamente besonders rasch einsetzende starke Bewegungen hervorruft. Auf die Einhaltung einer günstigen Stützlinie, insbesondere im Ulmenbereich, muß daher besonders geachtet werden.Die Auskleidung mit Spritzbeton, gegebenenfalls unter Verstärkung durch Stahlbögen oder Felsnägel, ist den Auskleidungen mit Holz- oder Stahlbogenzimmerung überlegen. Sie kann rasch nach dem Abschlag in Anpassung an die jeweiligen Gebirgsverhältnisse aufgebracht werden. Ein Rückbau ist unnötig. Die Einbeziehung in die Endauskleidung ist möglich. Durch rasches Aufbringen bleibt die Auflockerung im Berginneren gering, wodurch auch eine Einsparung an Injektionsgut bei den abschließenden Verpreßarbeiten erreicht wird.

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SummaryMeasuring of Rock Movement (during Driving) in a Tunnel Section Under Pressure, and Consequences Drawn for the Choice of Driving Methods The safety of the installed lining can be tested in compressional rock by means of simple measurements of the rock movement during driving and lining work. The measurements show that the rock movement dies away rapidly after napping. Its effect on the interior of the rock is small, if the lining is executed so that it can absorb the forces of stress redistributions as quickly as possible.Measurements show that, after the rock movement has died away, it may restart, if following working processes again disturb the achieved equilibrium. Above all it is seen that every undermining of the side wall foundations may produce strong movements which start particularly rapidly. Special attention must be paid to the establishment of a favourable line of pressure particularly within the side wall area.Lining with shot concrete, reinforced if necessary by steel arches or rock bolting, is superior to lining with wood or steel arch timbering. Shot concrete may be applied quickly after napping, depending on the conditions of the respective rock. Dismantling is not necessary. Incorporation into the final lining is possible. By means of rapid application any weakening of the inner part of the rock s held to a minimum; this results in an economy of grouting material at the final pressure grouting stage.

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RésuméMouvements et pressions de terrain autour d'une galerie Par de simples mesures de déplacements pendant l'avancement du tunnel et les travaux de revêtement on peut vérifier la sécurité du revêtement choisi même dans les terrains qui poussent.Les résultats de mesures montrent qu'après l'abatage les mouvements s'éteignent rapidement si le revêtement est exécuté de manière à supporter aussitôt que possible les efforts résultant de la décompression du massif. Son effet au sein du massif reste donc très minime.Grâce à ces mesures, on peut aussi établir qu'après extinction ces mouvements se développent à nouveau si une phase ultérieure du travail trouble l'équilibre. A ce sujet, il apparait particulièrement démonstratif que chaque reprise en sous-oeuvre des murs latéraux provoque avec une particulière rapidité de forts déplacements. On doit être spécialement attentif à cause de celà à conserver une ligne d'appui favorable, notamment dans la région des piédroits.Le revêtement en béton projeté, renforcé le cas échéant par des cintres métalliques ou des boulons, est d'une qualité supérieure à celle du blindage, en bois ou métallique.Il peut être mis en place peu de temps après l'abatage et adapté à chaque comportement du terrain; il n'a pas à être démonté; il peut être inclus dans le revêtement définitif. Par sa mise en oeuvre rapide il limite la dégradation du massif rocheux ce qui économise le coulis dans les derniers travaux d'injection.

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Vortrag, gehalten beim XIX. Geomechanik-Kolloquium im Oktober 1969 in Salzburg.

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Mit 11 Abbildungen     

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     

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).

     

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     

Estimate for bearing capacity of a prismatic pillar

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

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

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

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With 8 Figures     

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     

Post-failure behavior of a granite and diabase

SummaryPost-Failure Behavior of a Granite and Diabase Compression experiments have been performed on Westerly granite and Frederick diabase at a mean strain rate of 0 (10^–5) sec.^–1. In such tests Westerly granite and Frederick diabase exhibit Class II failure behavior between zero and 22000 psi and between 500 psi and 2200 psi, confining pressure respectively. In order to control brittle failure in these rocks, therefore, energy must be extracted from the samples.Complete stress-strain curves for Westerly granite can be divided into a number of characteristic regions. Each of these regions can be described in terms of distinct fracture patterns. In Westerly granite in uniaxial compression and at less than 2 900 psi confining pressure, the fracture patterns consist of local cracks predominantly parallel to the direction of greatest compression, slabs and narrow intensely crushed shear zones. At greater 2 900 psi confining pressure the fracture patterns consist of local cracks predominantly inclined to the direction of greatest compression and of macroscopic shear fractures. At high confining pressure, local cracks tend to propagate in their initial plane. The fracture patterns in Frederick diabase are sensibly the same as those in Westerly granite at 22000 psi confining pressure.The ultimate strength of Westerly granite above 22000 psi confining pressure and in Frederick diabase is controlled by faulting. At lower confining pressure faulting in granite occurs only in the post-failure region beyond the peak of the stress-strain curves.Preliminary experiments suggest that creep in Westerly granite under high and constant stress produces the same fracture patterns that occur in the post-failure region in continuous-deformation tests. In uniaxial compression creep terminates in macroscopic fracture near the intersection of the constant stress-strain path of a creep sample with the post-failure branch of the stress-strain curve of a quasi-statically loaded specimen.A comparison of all fracture patterns suggests that the fracture mechanisms in rock depend upon confining pressure, mineral composition and grain size of the rocks tested. It is unlikely, therefore, that rock failure in compression can in general be described by a single failure criterion.

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ZusammenfassungVerhalten von Granit und Diabas nach dem Bruch Druckversuche an Westerly-Granit und Frederick-Diabas bei einer mittleren Stauchungsgeschwindigkeit von 0 (10^–5) sec^–1 haben ergeben, daß Granit in den Grenzen von Null bis 22000 psi Manteldruck und Diabas zwischen 500 psi und 2200 psi Manteldruck ein Bruchverhalten der Klasse II aufweisen. Um den Bruchvorgang im post-failure-Bereich zu kontrollieren ist es daher notwendig, daß den Prüfkörpern Energie entzogen wird.Vollständige Kennlinien von Granit und Diabas können in eine Reihe von charakteristischen Abschnitten unterteilt werden, die jeweils bestimmte und ihnen eigene Brucherscheinungen aufweisen. Bei einachsiger Belastung und im Triaxialversuch unterhalb 2900 psi Manteldruck bestehen die Brucherscheinungen in Westerly-Granit aus feinen, über den Probekörper verteilten Haarrissen, vornehmlich parallel zur Auflast, aus Schalen sowie aus dünnen, intensiv aufgemahlenen Scherzonen. Der Makroskopische Bruch erfolgt als Verschiebungsbruch. Oberhalb 2900 psi Manteldruck entstehen Haarrisse, die vornehmlich zur Auflast geneigt sind und die bei fortschreitender Verformung des Prüfkörpers in ihrer ursprünglichen Ebene weiter aufreißen. Der sichtbare Bruch erfolgt bei hohem Manteldruck als Gleitungsbruch. Die Brucherscheinungen in Frederick-Diabas sind denen in Westerly-Granit bei 22000 psi Manteldruck nahezu gleich.Die Bruchfestigkeit von Westerly-Granit bei 22000 psi Manteldruck und in Frederick-Diabas ist von der Ausbildung von Gleitungsbrüchen bestimmt. Bei niedrigerem Manteldruck entstehen Gleitungs- oder Verschiebungsbrüche in Granit jedoch erst im post-failure-Bereich nach teils erheblicher Überschreitung der Bruchfestigkeit.Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, daß das Kriechen in Westerly-Granit unter hoher Spannung durch die gleichen Brucherscheinungen hervorgerufen oder von ihnen begleitet wird, die im post-failure-Bereich in quasi-statischen Versuchen beobachtet werden können. Im einachsigen Druckversuch führen Kriecherscheinungen ungefähr dann zum Bruch, wenn die Kennlinie einer Kriechprobe die Kennlinie eines ebenfalls einachsig aber quasistatisch belasteten Prüfkörpers im post-failure-Bereich schneidet.Ein Vergleich der Brucherscheinungen in einigen Gesteinen läßt darauf schließen, daß sich die Bruchmechanismen in Gesteinen mit der Höhe des Manteldrucks und mit der Beschaffenheit des Gesteins ändern. Es ist daher unwahrscheinlich, daß der Bruch von Gesteinen mit Hilfe eines einzigen Bruchkriteriums hinreichend beschrieben werden kann.

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RésuméComportement post-rupture d'un granite et d'une diabase Au cours d'expériences en compression à vitesse de déformation constante (10^–5 sec^–1) le granite de Westerly et la diabase de Frederick ont un comportement à la rupture dit de classe II pour des contraintes latérales variant entre 0 et 1500 bars pour le granite, et entre 30 et 150 bars pour la diabase. Il faut donc extraire de l'énergie des éprouvettes pour en contrôler la cassure.Les courbes complètes effort-déformation du granite de Westerly peuvent être divisées en un certain nombre de régions caractérisées chacune par un réseau de fracture particulier qui dépend d'ailleurs aussi de la contrainte latérale. Lorsque celle-ci est nulle, ou inférieure à 200 bars, le granite de Westerly développe un réseau de fracture consistant en plaques, en étroites zones de broyage intense et en fissures essentiellement parallèles à la direction de compression maximale. Lorsque la contrainte latérale est supérieure à 200 bars, le réseau de fractures consiste en fractures de cisaillement macroscopiques et en fissures locales faisant pour la plupart un angle avec la direction de compression maximale. Pour des contraintes latérales élevées, les fissures locales ont tendance à se propager dans leur plan initial. Le réseau de fractures développé dans la diabase de Frederick, quelle que soit la contrainte latérale, est à peu près identique à celui qui se développe dans le granite de Westerly pour une contrainte latérale de 1500 bars.Au dessus de 1500 bars de contrainte latérale, la charge de rupture des deux roches est régie par la formation d'une faille, alors qu'en dessous de 1500 bars une faille ne se forme dans le granite que dans la région qui suit la rupture, au delà du maximum de la courbe effort-déformation.Des expériences préliminaires suggèrent que le fluage du granite de Westerly soumis à des contraintes constantes élevées produit un réseau de fracture identique à celui obtenu dans la région qui suit la rupture dans des essais de déformation continue. En outre, en compression uniaxiale, le fluage se termine par une fracture macroscopique près de l'intersection de la courbe de déformation à charge constante avec la partie décroissante de la courbe complète effort-déformation d'une éprouvette chargée de façon quasi-statique.Une comparaison de tous les réseaux de fracture obtenus suggère que les mécanismes de fracture dépendent de la contrainte latérale, de la composition minéralogique et de la taille des grains de la roche éprouvée. Il est donc peu probable que la rupture des roches en compression puisse être en général décrite par un seul critère.

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With 12 Figures and 5 Plates     

Integralgeometrische Bestimmung geotechnisch wichtiger Klufteigenschaften

ZusammenfassungIntegralgeometrische Bestimmung geotechnisch wichtiger Klufteigenschaften Einfache Formeln werden dargelegt, nach denen geotechnisch wichtige Klufteigenschaften berechnet werden können, z. B. die Länge des Kluftanschnittlinears, die Kluftfläche, die Kluftöffnung, das Kluftvolumen und die Kantenlänge der Kluftkörper. Dazu werden deren integralgeometrische Herleitungen angegeben, um mit publizierten Ausdrücken für derartige Klufteigenschaften vergleichen zu können.Meßverfahren werden erläutert, die zum Erfassen der Merkmale dienen, aus denen die Klufteigenschaften berechnet werden können: leicht bestimmbare Punktanzahlen und Längen entlang von Meßgeraden sowie Punktanzahlen auf Meßflächen.An einem Verwitterungsprofil eines oberdevonischen Siltsteines wird getestet, wie aussagekräftig die integralgeometrisch abgeleiteten Formeln sind.

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SummaryOn the Determination of Some Important Geotechnical Joint Properties by Means of Integral Geometry Simple equations are presented which are useful to evaluate properties of joints important in rock mechanics, e. g. the length of linear of intersected joints, the joint area, the joint opening, the joint volume, and the edge length of rock blocks defined by joints. Also, the integral-geometrical derivation of the equations is presented to compare these with previously published expressions for such joint properties.Methods of measurement are illustrated to record the features from which the joint properties are evaluated: simply determinable numbers of points and lengths along measuring lines and numbers of points on measuring areas.The potential usefulness of the integral-geometrically derived equations is tested on a weathering profile of a Upper Devonian siltstone.

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RésuméDétermination par la géométrie intégrale des caractéristiques géotechniques des failles On propose des formules simples à partir desquelles on peut calculer les caractéristiques des failles intéressantes au point de vue géotechnique, par exemple la longueur des lignes de failles coupées, le plan de faille, l'ouverture de la faille, le volume des failles et la longueur des bords des polyèdres délimités par les plans de failles. En plus, les formules sont déduites à l'aide de la géométrie intégrale pour qu'on puisse les comparer à des formules décrivant les caractéristiques des failles qu'on a déjà publiées.On explique des méthodes de mesure qui servent à enregistrer les signes particuliers au moyen desquels on peut calculer les caractéristiques des failles: des nombres de points et des longueurs mesurés le long des lignes de mesure ainsi que des nombres de points sur des plans de mesure.Pour montrer l'utilité des formules déduites à l'aide de la géométrie intégrale on donne un exemple: un profil de désagrégation dans le schiste argileux du Dévonien supérieur.

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Mit 10 Abbildungen