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 Baugeschichte der Ardennen I

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

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

     

Die Verwendung dünnschaliger Betonfertigteile beim Ausbau von Tunneln und Stollen

Zusammenfassung Die Verwendung dünnschaliger Betonfertigteile beim Ausbau von Tunneln und Stollen. Der Vortrag befaßt sich mit der Entwicklung seit dem Bericht des Vortragenden beim XV. Kolloquium im Jahre 1964. Durch theoretische Untersuchungen über die Tragfähigkeit und die Gegenüberstellung mit den Meßergebnissen von Belastungsversuchen konnten die Grundlagen für eine weitere Verbreitung dieser Ausbauform und eine fortschreitende technologische Entwicklung geschaffen werden. Eingehend werden die verschiedenen Ausführungsvarianten mit ihren Vor- und Nachteilen besprochen. Auch über die Auswirkung verschiedener konstruktiver Einzelheiten auf die Tragfähigkeit wird berichtet. Neuere Entwicklungstendenzen in Konstruktion und Ausführung, unter anderem die Verwendung von Spritzbeton, werden beschrieben. Die Wirtschaftlichkeit dieser Ausbauform wird im Vergleich mit den bisher üblichen Verfahren betrachtet. Abschließend befaßt sich der Vortragende noch mit der Möglichkeit einer zerstörungsfreien Kontrolle des Verhaltens dieser Ausbautype.

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Summary The Use of Thin-Walled Prefabricated Concrete Components for Lining of Tunnels and Shafts. The paper refers to the developments which have been made since the summary given by the author in 1964 at the 15th Colloquium. Further spreading of the lining and its technology. Theoretical load and results of the loading tests. Linking of the lining and number of components in one ring of the single variants. Advantages and disadvantages of the different combinations of the ring. Influences of the performance of the connection of single components. Results of the loading tests of single types of those connections. Some new equipments and technology for building the lining. Use of several layers of lining. New mechanisms for building the components and for stowing the lining. Use of sprayed concrete in dry and wet technology and use of the pneumatic transportation of the stowing. Flexibility of the lining. Effects and costs in comparison with the linings hitherto. Methods of control for operative identifying of the behaviour of the lining without destruction of the lining.

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Résumé L'emploi de coquilles minces préfabriquées pour le revêtement des tunnels et galeries. Rappel de la communication de 1964 au 15ème Colloque de Salzbourg et des publications ultérieures sur le revêtement et sa technologie. Résistance théorique et essais de mise en charge. Les articulations du revêtement et le nombre des éléments d'un anneau dans les diverses variantes. Avantages et inconvénients des divers dispositifs d'assemblage. Influence de l'exécution des liaisons entre éléments. Résultats des essais de mise en charge des divers types de liaison. Quelques nouveaux dispositifs technologiques dans la fabrication. Utilisation de revêtements multicouches. Nouveaux mécanismes pour assembler les éléments et remplir l'espace extérieur. Utilisation de béton projeté, à sec ou avec l'eau, et autres procédés de remplissage. Souplesse du revêtement. Rendements et coûts comparés par rapport aux revêtements traditionnels. Méthode non destructive pour constater le comportement en service du revêtement.

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Mit 8 Abbildungen     

Einfluß von Diskontinuitäten auf die Spannungen und Deformationen in der Umgebung einer Tunnelröhre

ZusammenfassungEinfluß von Diskontinuitäten auf die Spannungen und Deformationen in der Umgebung einer Tunnelröhre Am Beispiel eines kreisförmigen Tunnels in 500 m Tiefe werden Spannungsumlagerungen und Deformationen in der Umgebung des Hohlraumes nach einer Variante der Finite-Element-Methode ermittelt.Die Unterschiede zwischen einer Betrachtung des Gebirges als elastisches Kontinuum und einer Betrachtung des pseudo-plastischen Diskontinuums werden sichtbar gemacht.Es wird gezeigt, wie die Entfestigung (Bildung von Neubrüchen) in der Umgebung der Tunnelröhre infolge Auffahrung die Deformationen beeinflußt und wie mittels einer geeigneten Auskleidung unverträgliche Deformationen verhindert werden können.

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SummaryThe Affect of Discontinuities on Stresses and Deformations of Rock Adjoining a Tunnel Opening For a circular tunnel at a depth of 500 m as an example the stress arrangements and deformations in rock masses adjoining an underground opening are determined using a modified finite element approach.The remarkable differences of considering the rock mass to be an elastic continuum or a pseudoplastic discontinuum are illustrated.It is shown how the reduction in strength by forming new fractures in the rock adjoining the tunnel due to the excavation process affects the deformations. It is also demonstrated how excessive deformations can be prevented by a suitable lining.

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RésuméL'influence des discontinuités sur les contraintes et les déformations autour d'un tunnel Les variations de contraintes et les déformations autour d'une cavité sont déterminées sur l'exemple d'un tunnel circulaire à 500 m de profondeur, grâce à une variante de la méthode des éléments finis.Les différences sont mises en lumière entre le traitement du massif rocheux comme un continu élastique, ou comme un discontinu pseudo-plastique.On montre comment la résistance du massif se dégrade autour du tunnel au fur et à mesure des travaux, par développement de ruptures nouvelles. Cette dégradation augmente les déformations et on montre comment un revêtement convenable peut empêcher des déformations excessives.

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Mit 26 Abbildungen     

Impact and comminution processes in soft and hard rock

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

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

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

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With 15 Figures     

Aufgaben der Felsmechanik bei neuzeitlichen Tunnelrekonstruktionen

Zusammenfassung Aufgaben der Felsmechanik bei neuzeitlichen Tunnelrekonstruktionen. Für die neuzeitliche Tunnelbauweise müssen neue Erkundungsmethoden mit erweitertem Umfang felsmechanischer Prüfungen angewandt werden. Diese Forderung soll ebenso bei Rekonstruktionen erfüllt werden. Außer den mechanischen Eigenschaften werden auch die innere Spannung im Felsmassiv und in der Ausmauerung, die Mächtigkeit der gelockerten Zone sowie die Injektions- und Verankerungsmöglichkeit bestimmt.

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Summary The Function of Rock Mechanics in Modern Tunnelling. For modern methods of tunnel driving it is necessary to apply new procedures of geological investigations including large-scale rock mechanics tests. This view holds equally for reconstruction projects. In addition to the mechanical properties of the rock masses it is necessary to determine the intrinsic stresses in the rock and in the tunnel lining, the thickness of the inelastic (relaxed) zone around the tunnel, as well as the possibility of grouting and anchoring.

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Résumé Application de la mécanique des roches aux méthodes modernes de construction et de reconstruction des tunnels. Dans la technique moderne des tunnels il est nécessaire d'appliquer de nouvelles méthodes de reconnaissance comportant davantage d'essais de mécanique des roches. La même exigence est valable pour la reconstruction des tunnels. Outre les propriétés mécaniques du massif rocheux, on déterminera aussi les contraintes dans le rocher et dans le revêtement, l'épaisseur de la zone décomprimée et même les possibilités d'injection et de boulonnage.

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Vortrag, gehalten beim XIX. Geomechanik-Kolloquium in Salzburg am 17. Oktober 1969.

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Mit 2 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     

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     

Die pazifisch-antipazifische Bipolarität im Strukturbild der Erde und ihre geodynamische Deutung

Zusammenfassung Neue Untersuchungen über das Residualgeoid und laterale Variationen seismischer Geschwindigkeiten im unteren Mantel lassen in der Struktur des Erdmantels dieselbe pazifisch-antipazifische hemisphärische Symmetrie oder Bipolarität erkennen, welche auch im geotektonischen Struktur- und Bewegungsbild und in dem daraus abgeleiteten geotektonischen Referenzsystem (GRS), definiert durch den Pazifischen Pol P bei 170°W/O°N und den Afrikanischen Pol A bei 10°E/O°N, zum Ausdruck kommt. Nach den Ergebnissen seismologischer Untersuchungen (Dziewonski, 1984) ist sowohl im Gebiet des zentralen Pazifik als auch unter der Afrikanischen Platte im unteren Mantel, in 1000–2900 km Tiefe, relativ warmes und weniger dichtes Material vorhanden, das eine Tendenz zu aufsteigender Bewegung besitzt. In denselben Gebieten, d. h. im Gebiet der Pole P und A, wurde seinerzeit aufgrund geotektonischer Untersuchungen ebenfalls eine aufsteigende Strömung im Erdmantel postuliert und daraus ein Modell mantelweiter, quadrupolarer Konvektion, bestehend aus zwei Konvektionszellen mit gemeinsamer Symmetrieachse PA in der Äquatorialebene, abgeleitet. Dieses Konvektionsmodell steht in guter Übereinstimmung mit den neuen seismologischen und geodätischen Befunden und erfährt durch sie eine zusätzliche, vertiefte Begründung. Das Residualgeoid kann als Ergebnis einer unvollständigen Kompensation der sich überlagernden, entgegengesetzten Störeffekte (a) der lateralen Dichtevariationen, welche die Mantelströmungen bedingen, und (b) der durch die Strömung bedingten relativen vertikalen Verlagerung der Übergangszone zwischen unterem und oberem Mantel erklärt werden.Die im Gebiet der Pole P und A aufsteigende und unter der Lithosphäre divergierende Mantelströmung verursacht, wie die Aufspaltung Gondwanas und die Entwicklungsgeschichte des Systems der ozeanischen Rücken im pazifischen Gebiet eindrücklich demonstrieren, ein generelles, weitreichendes Auseinanderdriften der Lithosphäre von den beiden Polen weg. Über der Konvergenzzone des bizellularen Strömungssystems, in 60°-90° Distanz von den beiden Dehnungszentren, kommt es zur Anhäufung kontinentaler Lithosphäre und zur Entstehung eines erdumfassenden, ringförmigen, über Nord- und Südpol verlaufenden Gürtels von Kontinenten (vgl. die heutige Anordnung der Kontinente Nordamerika-Südamerika-Antarktis-Australien-Asien).Der durch den Kontinentgürtel verursachte Wärmestau bewirkt eine Störung des ursprünglichen Konvektionssystems. Das Konvektionssystem baut sich in neuer Orientierung auf mit aufsteigenden Ästen unter dem Kontinentgürtel und Symmetrieachse in der Äquatorebene. Das neue, quadrupolare Konvektionssystem führt später zur Aufspaltung des Kontinentgürtels (Geotektonischer Zyklus). Der Superkontinent Pangäa wird ebenfalls als erdumfassender, über Nord- und Südpol verlaufender Kontinentgürtel zwischen zwei Dehnungszentren P_p im Gebiet des Paläo-Pazifik und T_p im Gebiet der Paläo-Tethys, beide in antipodaler Position auf dem Äquator gelegen, interpretiert.Zur Geodynamik ergeben sich folgende Aussagen: (I) Als Maschine für einen möglichst wirksamen Abtransport überschüssiger Wärme aus dem Erdinnern entwickelt sich im Erdmantel ein mantelweites, quadrupolares Konvektionssystem. (II) Aus Gründen der Stabilität liegt die Symmetrieachse dieses Konvektionssystems in der Äquatorebene der Erde. (III) Die Verteilung der kontinentalen Lithosphäre bestimmt (lediglich) die Orientierung der Symmetrieachse des Systems in der Äquatorebene.

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The Pacific-antipacific bipolarity in the structure of the earth's mantle and its geodynamic interpretation

The global distribution of residual geoid heights as well as the distribution of lateral heterogeneities of P-wave velocities in the lower mantle independently reveal a fundamental Pacific-antipacific hemispherical symmetry or bipolarity in the structure of the earth's mantle. It is the same structural bipolarity which has been recognized in the global Cenozoic evolution and structure of the lithosphere. The bipolarity is well described by two poles or geotectonic centers located in antipodal position on the equator: The Pacific pole P at 170°W/O°N and the African pole A at 10°E/O°N. The seismological studies ofDziewonski (1984) predict the occurence of relatively less dense and warm material in the lower mantle (depths 1000–2900 km) in the Pacific region and under the African plate. This material has the tendency to move upward and to form a rising column of mantle convection. The model of mantle-wide, quadrupolar convection with ascending flow at poles P and A, proposed several years ago on geotectonic considerations, is in good agreement with the new geodetic and seismological data and finds additional support by them. The residual geoid results from a superposition of geoid anomalies of opposite sign caused (a) by the lateral density variations in the mantle which drive the mantle convection and (b) by the relative vertical displacement of the transition zone between lower and upper mantles due to vertical flow. The ascending and diverging flow in the mantle beneath the lithosphere of the central Pacific and under the African plate causes large-scale spreading and tectonic transport of lithosphere radially away from the two spreading centers P and A. These diverging movements are well documented by the break-up of Pangaea and by the late-Mesozoic and Cenozoic evolution of the system of oceanic ridges in the Pacific hemisphere. In the zone of converging and descending flow, at 60–90 degrees distance from the spreading centers P and A, continental lithosphere is gradually accumulated and accreted in a ring-like belt of continents extending over North Pole and South Pole (s. e.g. the present arrangement of the continents of North America - South America - Antarctica - Australia - Asia). In a later stage, due to the insulating effect of the continental lithosphere, the descending flow is disturbed and dies. Quadrupolar convection evolves in a new orientation with columns of ascending flow beneath the continental belt and axis of convection motion in the equatorial plane. The ascending flow, finally, disrupts the continental belt: A new geotectonic cycle is initiated. Similarly, the supercontinent Pangaea is interpreted as a circular belt of continental lithosphere, trending over Palaeo-North Pole and Palaeo-South Pole, which accumulated in the zone of converging flow of a quadrupolar convection system defined by two spreading centers T_p in the Palaeo-Tethys region and P_p in the Palaeo-Pacific region, both located in antipodal position on the equator.The demonstration of a fundamental Pacific-antipacific bipolarity in the structure of the earth's mantle leads to the following conclusions with regard to mantle convection and geodynamic processes: (I) Quadrupolar, mantle-wide convection is generated in the earth's mantle in order to carry on and release excessive, endogenous heat of the earth most effectively. (II) For stability reasons the quadrupolar convective system evolves in such a way that its axis of symmetry lies in the equatorial plane of the earth. (III) The distribution of continental lithosphere determines, merely, the orientation of the axis of symmetry of convective flow within the equatorial plane.

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Résumé Des recherches récentes sur le géoïde résiduel et les variations latérales des vitesses sismiques dans le manteau inférieur révèlent, dans la structure du manteau, une symétrie (ou bipolarité) hémisphérique pacifique-antipacifique. C'est la même bipolarité qui a été reconnue dans la structure et l'évolution cénozoique de la lithosphère. Elle est définie par deux pôles, ou centres géotectoniques: le pôle pacifique P par 170° W/0° N et le pôle africain A par 10°E/0°N. Les investigations séismologiques deDziewonski (1984) conduisent à admettre, tant sous le Pacifique central que sous la plaque africaine, l'existence dans le manteau, entre 1000 et 2900 km de profondeur, de matière relativement chaude et de faible densité. Ces matières tendent à s'élever et à former une colonne ascendante de convection. Il y a quelques années, à partir de considérations géotectoniques, a été élaboré un modèle de convection quadripolaire, admettant deux cellules de convection avec axe de symétrie PA commun dans le plan de l'équateur. Les nouvelles données géodésiques et sismiques rappelées plus haut sont en complet accord avec ce modèle et lui apportent donc une importante confirmation. Le géoïde résiduel peut être expliqué comme le résultat de la compensation imparfaite d'anomalies de signes contraires dues: a) aux variations latérales de densité qui provoquent les courants mantéliques; b) au déplacement vertical relatif de la zone de transition manteau supérieur/manteau inférieur, provoqué par les courants verticaux.Les courants qui, sous les pôles P et A, montent dans le manteau puis divergent sous la lithosphere provoquent la fragmentation et la dispersion centrifuge de celle-ci. Ces mouvements divergents sont bien représentés par la rupture de la Pangée et par l'évolution du système des dorsales océaniques de l'hémisphère pacifique. Au droit des zones de convergence du système de convection bicellulaire, zones occupées par les courants descendants, soit à des distances de 60° à 90° des centres d'expansion P et A, la lithosphère continentale se rassemble progressivement et s'agglomère sous la forme d'une ceinture annulaire de continents passant par le pôle N et le pôle S (voir la distribution actuelle: Amérique du N - Amérique du S - Antarctique - Australie - Asie). L'accumulation de chaleur résultant de cette ceinture de continents, provoque une perturbation du système de convection original. Celui-ci se réorganise, avec courants ascendants sous la ceinture et axe de symétrie dans le plan de l'équateur. Le nouveau système quadripolaire ainsi établi amène plus tard à la dislocation de la ceinture, c'est-à-dire au départ d'un nouveau cycle géotectonique. Dans cet ordre d'idées, le supercontinent Pangée peut être considéré comme une ceinture circulaire de lithosphère continentale passant par les deux paléo-pôles N et S et résultant d'une accrétion à partier de deux paléo-centres de dispersion: T_p dans la paléo-Téthys et P_p dans le paléo-Pacifique, situés aux antipodes l'un de l'autre sur l'équateur.Au point de vue géodynamique, on peut avancer que: (I) un système quadripolaire de convection dans le manteau représente le dispositif le plus efficace d'évagcuation de la chaleur interne excédentaire de la Terre; (II) pour des raisons de stabilité, l'axe de symétrie de ce système se trouve dans le plan équatorial de la Terre; (III) la distribution de la lithosphère continentale détermine la position de l'axe de symétrie dans le plan de l'équateur.

     

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     

A contribution to the design of a tunnel lining in swelling rock

SummaryA Contribution to the Design of a Tunnel Lining in Swelling Rock The paper is representing a possible approach for designing tunnel linings for conditions of swelling rock submitted to general primary rock stress distributions. The method is based on the rock swelling parameters and the swelling curve which are assessed in oedometer swelling tests. Hence the proposed design method itself has to make allowance for this. The elastic swelling analysis for circular tunnel linings is followed by an elasto-plastic approach for randomly shaped tunnel cross sections. In addition test results of rock mechanical properties of some swelling rock varieties are given in order to understand more clearly the specific features of swelling rock material.

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ZusammenfassungBerechnungsmethode für Tunnelverkleidungen in quellendem Gestein Die vorliegende Arbeit stellt eine mögliche Berechnungsmethode von Tunnelverkleidungen in quellendem Gebirge dar, das unter einem beliebigen dreidimensionalen primären Gebirgsspannungszustand stehen mag. Die Methode basiert auf den Quellparametern und der Quellkurve, die durch Oedometer-Quellversuche bestimmt werden. Daher hat das Berechnungsverfahren den Unterschieden zwischen den Spannungszuständen im Oedometer und im Gebirge Rechnung zu tragen. Ein auf der Elastizitätstheorie aufbauendes Verfahren für kreisförmige Tunnelverkleidungen wird durch einen elastoplastischen Ansatz für beliebig geformte Tunnelquerschnitte ergänzt. Eine Zusammenstellung der felsmechanischen Kennwerte einiger untersuchter quellender Gesteinstypen ist in die Arbeit eingebaut, um die Wesensart dieser Gesteine näher zu beleuchten.

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RésuméMéthode de calcul de revêtement de tunnels dans une roche gonflante L'exposé ci-dessous présente une méthode d'analyse statique de revêtements de tunnels dans une masse rocheuse gonflant sous l'effet d'un état de contraintes primaire tridimensionnel. La méthode est basée sur des paramètres de gonflement et sur la courbe de gonflement étant déterminés à l'aide d'essais de gonflement oedométriques. C'est pour cela que la méthode proposée doit tenir compte des différences entre les états de contraintes reignants dans l'oedomètre et in situ. La méthode d'analyse basée sur la théorie d'élasticité pour des profils-types circulaires est complémentée par une formulation elastoplastique pour des profils-types quelconques. Un tableau synoptique donnant les propriétés mécaniques de quelques variétés de roches gonflantes basées sur des essais est incorporé dans l'exposé afin de préciser le comportement mécanique des roches gonflantes.

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With 7 Figures     

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.

     

Optimizing the control of rock failure in servo-controlled laboratory tests

SummaryOptimizing the Control of Rock Failure in Servo-Controlled Laboratory Tests Recent studies of rock failure have been made with a closed loop servo-controlled testing machine. Feedback from the failing specimen is electronically compared with a pre-determined program and the hydraulic system is continuously and automatically adjusted to ensure that feedback and program are coincident. It is suggested that optimum control of rock failure in any laboratory test is achieved when the closed loop feedback represents the most sensitive indicator of failure. Any required experimental output can then be independently monitored. This method was applied to a variety of rock specimens loaded in uniaxial compression using lateral displacement as feedback. It was possible to control the failure of some rocks which had failed explosively in previous tests where the axial displacement had been programmed to increase monotonically.

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ZusammenfassungOptimale Aufzeichnung des Bruchablaufes von Gestein in servo-gesteuerten Laborversuchen Studien zum Bruch von Gesteinsproben wurden kürzlich mit einem elektronisch geregelten Belastungssystem vorgenommen. Bei diesem System werden Meßdaten der über die maximale Bruchverformung hinaus deformierten Probe mit einem vorgegebenen Verformungs-Programm elektronisch verglichen und das hydraulische Belastungs-System wird dementsprechend kontinuierlich geregelt.Ein optimaler Ablauf des Bruchvorganges wird gewährleistet, wenn das Regelsystem durch möglichst feinstufige Meßdaten der Bruchverformung gesteuert wird. Jede gewünschte zusätzliche physikalische Größe kann dann unabhängig davon gemessen werden.Die Meßmethode wurde bei einachsigen Belastungsversuchen von verschiedenen Gesteinsproben angewendet, wobei zur Steuerung des Regelsystems die gemessene Verformung normal zur Belastungsrichtung gewählt wurde. Dabei war es möglich, auch den Bruch solcher Gesteinsproben zu beherrschen, welche bei früheren Versuchen, bei denen der Vorgang aufgrund der Verformung in Belastungsrichtung mit stetigem Verlauf programmiert wurde, explosionsartig geborsten waren.

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RésuméPour un meilleur contrôle de la rupture des roches dans les essais de laboratoire sur machines asservies Des études récentes sur la rupture des roches ont fait usage de machines d'essai asservies.La réponse de l'éprouvette en cours de rupture est comparée électroniquement à un programme fixé à l'avance, et le système hydraulique est ajusté continuellement et automatiquement pour faire coïncider la réponse avec le programme.On suggère que le meilleur contrôle sera obtenu, quel que soit l'essai, si le signal utilisé représente l'indicateur le plus sensible de la progression de la rupture. Toute autre grandeur physique qui est jugée nécessaire peut alors être enregistrée indépendamment.Cette méthode a été appliquée à la compression monoaxiale de diverses roches, en employant comme signal la déformation transversale. On a pu ainsi régulariser la rupture de certaines roches, qui était explosive dans des essais antérieurs où la déformation axiale augmentait suivant un programme monotone.(Dans cet article, la rupture est un processus, comportant notamment la naissance et le développement de fissures, qui ne peut être observé, avec les machines d'essai classiques, à cause de l'explosion due à une libération brutale de l'énergie de déformation emmaganisée dans la presse. Le contrôle de la rupture, au sens anglais, correspond à une régularisation de ce processus. Note de la Rédaction.)

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With 5 Figures     

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

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

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

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

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With 11 Figures     

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     

Kräfteumlagerungen in der Zwischenwand eines Doppelröhrentunnels im Zuge eines Synchronvortriebes

ZusammenfassungKräfteumlagerungen in der Zwischenwand eines Doppelröhrentunnels im Zuge eines Synchronvortriebes Verkehrstechnische, sicherheitstechnische und kalkulatorische Gründe führen dazu, daß im Verkehrstunnelbau, Doppel- und Mehrfachtunnel zunehmend häufiger gebaut werden als Einzelröhren. Die Gebirgswand zwischen eng nebeneinanderliegenden Röhren ist ein besonders kritischer Punkt im statischen Tragsystem Gebirge und Hohlraumauskleidung, nicht zuletzt wegen der mangelnden Kenntnis von Spannungs- und Deformationsvorgängen während des Vortriebes.Die in Frankfurt/Main durchgeführten in situ-Messungen zeigten, daß die Spannungen im zweidimensionalen Belastungsfall wesentlich kleiner sind als im dreidimensionalen und daß der erste Abbau der Spannungsspitzen vom dreidimensionalen Traggewölbe erst 2,5 bis 3 Tunneldurchmesser hinter der Ortsbrust begann. Die durch das Hereinwandern der Ortsbrust verursachte Druckzunahme in der Mittelwand und den Ulmen wurde erst im Rahmen eines allgemeinen allmählichen Spannungsabbaues (Schwinden und Kriechen der Spritzbetonschale bei gleichzeitiger Umlagerung der Gebirgstragringe) teilweise reduziert.

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SummaryStress Redistribution in the Middle Wall between Tubes of a Twin-Tunnel during Synchronous Excavation Twin or more tube tunnels are becoming more and more common than single tube tunnels in transport-tunnel systems due to reasons connected with the safety, transportation and economy of construction. The rock mass between the two closely lying tunnels is a critical zone in the static system rock mass and the tunnel lining particularly because of the lack of knowledge regarding the stress and deformation processes during excavation.The in-situ measurements carried out at Frankfurt/Main show that stresses in case of a two dimensional loading are substantially smaller than those in case of three dimensional. Further, the reduction in measured peak stresses of the three dimensional supporting arch around the excavation face first began 2,5 to 3 tunnel diameters behind it. The pressure which increased in the middle wall and on the side walls due to the inward movement of the excavation face decreased partly with the slow overall reduction in stresses (shrinkage and creep of shotcrete lining) and simultaneous redistribution of the stress field around the excavation.

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RésuméRedistribution des contraintes dans le massif entre les deux tubes d'un tunnel pendant un avancement synchrone Pour des raisons de circulation, de sécurité et de coûts, on préfère de plus en plus souvent les tunnels à deux ou plusieurs tubes aux tunnels unitubes dans le cas des tubes destinés au trafic. Le massif subsistant entre deux de ces tubes est un point particulièrement délicat du système portant composé par l'ensemble massif en place-structure artificielle, et cela en particulier de fait du manque de connaissances au sujet de l'évolution des déformations et des contraintes ou cours de l'avancement.Des mesures in-situ (à Frankfurt/Main) ont montré que les contraintes dans le cas de charge bidimensional sont nettement plus faibles que dans le cas tridimensional et que la réduction des efforts maximums n'intervenait que 2,5 à 3 diametres derrière la tête de l'avancement. Les augmentations des contraintes en poussée dans le massif central et dans les flancs des tubes ne diminuent que dans le cadre d'une diminution globale des contraintes (retrait et plastification de l'anneau de béton accompagnant la redistribution des contraintes dans le massif environnal).

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Mit 10 Abbildungen     

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     

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

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

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

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

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With 5 Figures     

Zum mittleren Kluftabstand aus der Anzahl von Kluftanschnittlinien

ZusammenfassungZum mittleren Kluftabstand aus der Anzahl von Kluftschnittlinien Der mittlere Kluftabstand wird anhand von zwei Methoden bestimmt: In der ersten Methode werden Kluftgefüge typisiert und durch drei senkrecht aufeinanderstehende Kluftscharen approximiert. Von diesen drei Kluftscharen wie dem gesamten Kluftgefüge wird der mittlere Kluftabstand ermittelt. Je nach Gefügetyp stellt der mittlere Kluftkörper einen Quader, ein Prisma mit quadratischer Grundfläche oder einen Würfel dar. Gemessen wird die Anzahl von Kluftanschnittlinien bzw. Sehnen entlang von Meßgeraden, die parallel zu Gefügekoordinaten orientiert werden.Die zweite Methode ermöglicht, den Kluftabstand vonn Kluftscharen festzustellen. Meßgrößen sind wiederum die Anzahl von Kluftanschnittlinien und außerdem die Raumstellung der Klüfte. Die Meßgeraden können beliebig orientiert sein.Dazu werden die Gleichungen für den mittleren Kluftabstand hergeleitet. An einem Verwitterungsprofil eines oberdevonischen Siltsteines werden beide Methoden getestet.

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SummaryAbout the Mean Joint Spacing from the Number of Dissecting Lines Between Joints and Rock Faces The mean joint spacing is determined by two methods: The first method typifies the fabric and approximates the joints by three orthogonally sets of joints. The mean joint spacing is determined by these sets of joints as well as by the entire fabric of the joints. Depending upon the fabric type the mean rock block defined by joints is a rectangular parallelepiped, a prism with a quadratic basal surface or a cube. The number of dissecting lines between joints or chords are measured along secants, which are parallel to fabric coordinates. The second method allows to determine the spacing ofn shares of joints. Measuring units are once again the number of dissecting lines between joints and moreover the position in space of the joints. The orientation of the measuring secants may be at random.In addition to this equations are derived for the mean joint spacing. A weathering profile of Upper Devonian siltstone is used to test both methods.

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RésuméDistance de failles moyenne établie par le nombre des lignes de failles coupées La distance de failles moyenne se détermine à l'aide de deux méthodes: La première méthode sert à typiser les textures de failles et à rapprocher ces textures par trois séries de cassures orthogonales. Pour chacune de ces trois séries de cassures aussi bien que pour la texture de failles intégrale on établit la distance de failles moyenne. Selon le type de texture, le polyèdre moyen représente un parallélépipède orthogonal, un prisme à base quadratique ou un cube. On mesure le nombre des lignes de failles coupées respectivement des cordes le long des lignes de mesures qui se trouvent en relation avec les coordonnées de texture. La seconde méthode permet à déterminer la distance de failles den séries de cassures. Les quantités de mesure sont de nouveau le nombre des lignes de failles coupées et plus l'orientation des failles. Les lignes de mesure peuvent être orientées de manière quelconque.En outre on déduit les équations pour la distance de failles moyenne. On met à l'épreuve ces deux méthodes à l'exemple d'un profil de désagrégation dans le schiste argileux du Dévonien supérieur.

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Mit 12 Abbildungen     

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