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

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

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

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

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Avec 12 figures     

Indirect tensile testing of anisotropic rocks

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

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

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

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With 16 Figures     

Modified borehole jack method for elastic property determination in rocks

SummaryModified Borehole Jack Method for Elastic Property Determination in Rocks This paper describes a method of determining thein-situ elastic properties of rock masses with friction-strain gauges and a lengthened borehole jack.The method involves impressing tangentially-oriented friction gauges on opposite quadrants of a borehole wall, while the remaining quadrants are loaded by the borehole jack with a unidirectional self-equilibrating pair of forces. The tangential normal strains generated at the borehole wall are thus measured concurrently with the loading. To determine the modulus of the rock mass, equations were developed relating the measured tangential normal strains and the applied ram pressures.Several factors which may influence the interpretation of data were thoroughly analyzed. It was shown that variations in the pressure distribution and area of plate-wall contact have negligible effects on the accuracy of data interpretation. End effects were minimized by lengthening the jack and carrying out strain measurements at the central region only where stresses and strains are homogeneous and plane strain conditions exist.The new method has the same desirable mechanical and operational features as the well-known Goodman-Jack method. Most important, however, its theoretical basis is exact with no estimated coefficients required in the reduction of observed data. While the method requires an ideal elastic material, it has a number of other applications for in-situ measurements besides modulus determination. The modified method could be utilized for determining linearity, anisotropy, inhomogeneity, tensile strength and, with an additional operation, the in-situ stress field.

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ZusammenfassungModifizierte Methode zur Bestimmung der elastischen Kenngröen von Fels mittels einer Bohrlochaufweitungssonde Es wird eine Methode zur Bestimmung der elastischen Kenngrößen von Fels aus In-situ-Versuchen mittels Reibungs-Dehn-meßstreifen und einer verlängerten Bohrlochaufweitungssonde beschrieben.Tangential orientierte Reibungsmeßstreifen werden an gegenüberliegenden Quadranten des Bohrloches angebracht, während die beiden anderen Quadranten mit der Bohrlochaufweitungssonde belastet werden, um Belastung und Verformung gleichzeitig zu messen. Gleichungen wurden entwickelt um daraus den Modul der Steinmasse zu bestimmen.Es wird gezeigt, daß eine ungleichmäßige Verteilung des Druckes und die Platten-Wand-Kontaktfläche einen unbedeuteten Einfluß auf die Exaktheit der Ergebnisse haben. Randeinflüsse wurden verringert, indem Messungen nur in der Mitte der Sonde ausgeführt wurden.Diese neue Methode hat dieselben Vorteile wie die bekannte Goodman-Jack Methode. Am wichtigsten ist aber, daß ihre theoretische Basis exakt ist. Obwohl die Methode nur in einem ideal elastischen Material anwendbar ist, kann sie außer für Modul-Bestimmung auch für andere In-situ-Messungen gebraucht werden, wie z. B. Linearität, Anisotropie, Inhomogenität, Zugfestigkeit und den primären Spannungszustand.

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RésuméMéthode modifiée pour déterminer les repères élastiques de rochers par une sonde d'élargissement de trous de sonde Cet article décrit une méthode de mesure des propriétés élastiquesin-situ des masses rocheuses, à l'aide d'indicateurs de déformation à friction, et d'un vérin alongé pour trou de sondage.La méthode consiste à imprimer des indicateurs de déformation à friction sur les quadrants opposés de la paroie d'un trou de sondage, et à charger les deux autre quadrants avec deux forces de même direction qui s'équilibrent, utilisant le vérin pour trou de sondage. Les déformations tangentielles normales créées sur la paroie du trou de sondage sont ainsi mesurées avec la charge correspondante. Afin de pouvoir déterminer le module d'élasticité de la masse rocheuse on a développé les équations qui relient les déformations normales tangentielles mesurées aux pressions appliquées.On a analysé en detail plusieurs facteurs qui pourraient influencer l'interprétation des données. On a montré que des variations dans la distribution de la pression, et dans la surface de contact entre le piston et la paroie, ont un effet négligeable sur la précision de l'interprétation des données. Les effets d'extrémités ont été réduits au minimum en alongeant le piston, et en ne mesurant les déformations que dans la région centrale, où les contraintes et déformations sont homogènes et des conditions de deformation plane existent.La nouvelle méthode a les mêmes caractéristiques mécaniques et opérationnelles désirables que la méthode bien connue Goodman-Jack. Encore plus important est le fait que sa base théorique est exacte, et il n'est pas nécessaire d'utiliser des coefficients estimés pour réduire les résultats observés. Bien que la méthode exige un milieu élastique idéal, elle peut être utilisée pour des mesuresin-situ autres que les mesures du module d'élasticité. La méthode modifiée pourrait être utilisée pour déterminer la linéarité, l'anisotropie, le manque d'homogénéité, la résistance à la traction et, avec une opération supplémentaire, le champ des forcesin-situ.

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With 6 Figures     

Low frequency sounding technique for predicting progressive failure of rock

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

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

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

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With 5 Figures     

Basic geotechnical and mineralogical properties of the weathered Athenian Schist

SummaryBasic Geotechnical and Mineralogical Properties of the Weathered Athenian Schist This paper is concerned with a laboratory study carried out on samples of weathered Athenian Schists. Disturbed samples collected from the foundation base level in nine working sites located in the central area of Athens.These samples were chemically and mineralogically analysed and subjected to laboratory tests to determine their basic geotechnical properties.Test results allowed for a correlation between mineralogy and drained shear strength for aggregates of various particle size.

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ZusammenfassungGrundlegende ingenieurgeologische und mineralogische Eigenschaften des verwitterten Schiefers von Athen Das Objekt dieser Publikation ist ein Studium der Proben des verwitterten Athenischen Schiefers (im Laboratorium). Gestörte Proben wurden auf Fundamentebene an neun Baustellen im Zentrum von Athen entnommen.Diese Proben wurden chemisch und mineralogisch untersucht, und außerdem auf ihre geotechnischen Eigenschaften untersucht.Die Testergebnisse haben es ermöglicht, Zusammenhänge zwischen Mineralogie und Scherfestigkeit des Athenischen Schiefers für getrocknete Proben von verschiedener Korngröße aufzuzeigen.

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RésuméEtude Géotechnique et Minéralogique de Schiste Athénien altéré Le présent exposé concerne les résultats d'une étude de laboratoire, faite sur neuf échantillons de schiste Athénien, altéré qui ont été assemblés d'un plan de fondation de différentes oeuvres techniques à Athènes.Ces échantillons ont subi un traitement chimique et une étude minéralogique approfondie, ainsi que des test de laboratoire dans le but de définir les propriétés géotechniques de base.Les résultats ont montré une corrélation entre la composition minéralogique et la résistance au cisaillement drainé pour des agrégats de différentes grosseurs de grain.

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With 7 Figures     

Triaxial strength of rock materials

SummaryTriaxial Strength of Rock Materials An attempt is made to define the nature and purposes of triaxial strength criteria, also to outline some factors to be considered in their selection and use.Seven alternative empirical strength criteria are compared on the basis of their simplicity and their fit to data for some fifteen hundred rock and concrete specimens. Two of these, one linear and one curved, are then compared in detail. Use of the curved rather than the linear criterion resulted in a significant reduction in strength prediction error.Methods of fitting the criteria to strength data are described. The parameters of the two criteria are then used to compare and classify rocks on the basis of their triaxial strength behaviour. Possible alternative formulations of the two criteria are considered in an appendix.

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ZusammenfassungDreiaxiale Festigkeit von Fels Es wird ein Versuch unternommen, Art und Zweck dreiaxialer Festigkeitskriterien zu bestimmen und einige derjenigen Faktoren zu ermitteln, die bei deren Auswahl und Anwendung von Bedeutung sind.Sieben verschiedene empirische Festigkeitskriterien werden nach ihrer Einfachheit und ihrer Übereinstimmung mit ungefähr 1500 Fels- und Betonproben verglichen. Zwei davon, eine linear und eine nicht linear, werden dann näher miteinander verglichen. Das nicht lineare Kriterium ergab, im Gegensatz zum linearen, eine bedeutende Verringerung des Fehlers in der Festigkeitsvorhersage.Methoden für die Anpassung der Kriterien an die Festigkeitsermittlungen werden beschrieben. Die Parameter der beiden Kriterien werden dann benützt, um Gesteine aufgrund ihres dreiaxialen Festigkeitverhaltens zu klassifizieren. Mögliche Alternativformulierungen der beiden Kriterien werden im Anhang behandelt.

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RésuméRésistance triaxiale de matériaux rocheux Une tentative est faite pour définir la nature et le but des critères de résistance triaxiale et aussi pour dégager les quelques facteurs devant être considérés pour leur choix et leur utilisation.Sept critères empiriques différents de résistance sont comparés sur le plan simplicité et concordance des mesures faites sur 1500 échantillons de roche et de béton. Deux de ces critéres, l'un linéaire, l'autre curviligne, sont ensuite comparés dans le detail. L'utilisation du critère curviligne plutôt que linéaire entraine une réduction notable de l'erreur dans la prédiction des résistances.Des méthodes d'ajustement des critères aux résistances mesurées sont décrites. Les paramètres des deux critères retenus sont ensuite utilisés pour comparer et classer les roches en fonction de leur comportement triaxial. En annexe, quelques autres possibilités de formulation des deux critères sont explicitées.

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With 7 Figures     

Controlled failure of hollow rock cylinders in uniaxial compression

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

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

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

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With 11 Figures     

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     

Estimation des paléo-contraintes liées à la formation de décrochements dans la plate-forme d'Europe du Nord

Résumé A la suite de l'étude des paléochamps de contrainte dans la plateforme de l'Allemagne du Sud, nous avons tenté une estimation des valeurs des contraintes tectoniques tertiaires à l'origine des systèmes de décrochements. Des essais de compression en laboratoire ont été réalisés sur des calcaires du Jura bâlois, franconien et souabe et sur des grès de la Forêt Noire; ils ont permis de construire les courbes intrinsèques à la rupture et à la fissuration. Nous avons choisi d'assimiler les contraintes nécessaires à l'initiation de la fissuration à celle responsable des ruptures naturelles à long terme. Les valeurs de ces paléo-contraintes tectoniques sont comprises entre 40 et 130 MPa, pour des contraintes lithostatiques de 5 à 20 MPa.

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Further to the analysis of paleo-stress fields in the platform of Southern Germany, we try to calculate the values of tectonic stresses responsible for strike-slip faulting. Compressional laboratory experiments were made on limestones from Basel, Swabian and Franconian Jura and on sandstones from Black Forest. They allow to draw rupture curves and cracking curves. We choice to assimilate the necessary stresses to initiation of cracking to those responsible for natural, long-termed ruptures.The values of these tectonic paleo-stresses are comprised between 40 and 130 MPa, for lithostatic stresses of 5 to 20 MPa.

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Zusammenfassung Nach der Darstellung der alten Spannungsfelder der süddeutschen Scholle werden die Spannungswerte für die tertiäre Tektonik an den verschiedenen Störungssystemen ermittelt. Im Labor wird die Festigkeit der Jurakalke aus der Gegend von Basel und der Fränkisch-Schwäbischen Alb und der Schwarzwälder Sandsteinen bestimmt. Aus diesen Daten können die Kurven der Bruchfestigkeit aufgestellt werden. Vergleicht man die im Labor gemessenen Spannungswerte mit den im Gelände ermittelten tektonischen Daten findet man Werte zwischen 40 und 130 MPa für die tektonischen Spannungen und 5–20 MPa für die Scherspannungen.

     

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     

Shear Strength Anisotropy in a Bedded Pyritic Shale and a Siliceous Dolomite

SummaryShear Strength Anisotropy in a Bedded Pyritic Shale and a Siliceous Dolomite The orientation, frequency and extent of joint and bedding plane fractures were measured in bedded pyritic shale and siliceous dolomite, host rocks of the lead-zinc and copper orebodies at Mount Isa, Queensland, Australia. The measurements, carried out in openings 10 by 10 feet, bring out the marked difference between the two rock types in regard to frequency and extent of the geologie discontinuities. Friction tests on joint and bedding planes, together with the continuity measurements, provide information on the shear strength anisotropy in the rock mass.It was found that an increase of the fracture frequency parallel to bedding planes is related to an increase in joint frequency, although not a proportional one, and that fractures of higher frequency show a tendency to have greater continuity.

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ZusammenfassungScherfestigkeits-Anisotropie in einem pyritischen Tonschiefer und einem Quarzdolomit Die Orientierung, Häufigkeit und die Ausdehnung von Bruchflächen parallel zu Kluft und Schichtebenen wurden im pyritischen Tonschiefer und im Quarzdolomit gemessen. Diese Gesteine enthalten die Blei-, Zink- und Kupfererze in Mount Isa, Queensland, Australien. Die Messungen wurden in Stollen mit einem Querschnitt von 3 × 3 m durchgeführt und weisen auf die großen Unterschiede hin, die hinsichtlich der Häufigkeit und Ausdehnung der Bruchflächen in beiden Gesteinsarten bestehen. Laborscherversuche zusammen mit den Kontinuitätswerten erlauben die Bestimmung der Unterschiede der Scherfestigkeit. Es wurde beobachtet, daß mit der Zunahme der Bruchflächenhäufigkeit entlang von Schichtebenen eine Zunahme der Klufthäufigkeit verbunden ist, und daß Bruchflächen mit zunehmender Häufigkeit eine größere Kontinuität aufweisen.

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RésuméAnisotropie de la résistance au cisaillement dans une Bedded Pyritic Shale et une Dolomite siliceuse L'orientation, la fréquence et l'étendue des fissures géologiques dans la Bedded Pyritic Shale et la Dolomite siliceuse ont été mesurés dans les dépôts de cuivre et plomb/zinc du Mt. Isa, Queensland, Australie. Les mesures, obtenues dans des tunnels de 3 × 3 m, montrent une différence marquée entre les deux types de roches en regard de la fréquence et de l'étendue de la discontinuité géologique. Des études du cisaillement sur les fissures parallèles aux strates géologiques et aux joints ainsique les mesures d'étendue ont donnés des informations sur l'anisotropie de la résistance au cisaillement dans le massif rocheux.

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With 4 Figures     

Hydraulic properties and scale effects investigation in regional rock aquifers,south-western Quebec,Canada

This paper reports on the characterization of hydraulic properties of regional rock aquifers carried out within a groundwater resources assessment project in the St. Lawrence Lowlands of south-western Quebec. To understand the aquifer behavior at both the fracture level and at field scale, hydraulic investigations were carried out using various aquifer tests. The groundwater flow at the local scale is controlled mostly by the fracture system. Results of the constant-head injection tests show a weak decreasing trend of hydraulic conductivity with depth indicating that a major part of the groundwater flow occurs in the first meters of the rock sequence. At the regional scale, the equivalent porous media approach is applicable. The hydraulic conductivity measurements were correlated to the scale of the aquifer tests expressed with the investigated aquifer volume. A simple interpolation procedure for the hydraulic conductivity field was developed based on the distance between field measurements and the tested aquifer volumes. The regional distribution of the hydraulic conductivity for the major fractured aquifer units indicates that dolostone is the most permeable whereas sandstone and crystalline rocks are the least permeable units.

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Resumen Este artículo trata de la caracterización de las propiedades hidráulicas en acuíferos regionales rocosos, la cual se llevó a cabo dentro del proyecto de evaluación de los recursos de agua subterránea en St. Lawrence Lowlands al suroeste de Quebec. Para entender el comportamiento del acuífero tanto a nivel de fractura como a escala del campo, se ejecutaron investigaciones hidráulicas usando varias pruebas de acuífero. El flujo del agua subterránea a escala local está controlado principalmente por el sistema de fracturas. Los resultados de las pruebas de inyección con cabeza constante muestran una tendencia decreciente débil de la conductividad hidráulica con la profundidad, indicando que la mayor parte del flujo de agua subterránea sucede en los primeros metros de la secuencia rocosa. A escala regional se puede aplicar la aproximación equivalente de medios porosos. Las medidas de la conductividad hidrálica fueron comparadas con la escala de las pruebas del acuífero, expresadas con el volumen investigado del acuífero. Se desarrolló un proceso de interpolación simple para la conductividad hidráulica de campo, con base en la distancia entre las medidas de campo y los volúmenes probados del acuífero. La distribución regional de la conductividad hidráulica, para las unidades acuíferas fracturadas mayores, indica que la dolomita es más permeable mientras que la arenisca y las rocas cristalinas son las unidades menos permeables.

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Résumé Larticle présente les propriétés hydrauliques dun aquifère régional rocheux qui ont été mesurées dans le cadre dun projet concernant lestimation de la ressource en eau de la plaine de St. Lawrence située dans la partie sud-ouest de Quebec. Affin de comprendre le comportement de l› aquifère tant à l› échelle de fracture qu› à l› échelle régionale on a mené des investigations hydrauliques en utilisant des essais differents. À l› échelle locale lécoulement est déterminé en principal par le système des fractures. Les résultats des essais dinjection au niveau constant ont montré une tendence de décroissance de la conductivité hydraulique avec la profondeur ce qui indique que l› écoulement ait lieu en principal dans les premiers mètres de la structure rocheuse. À l› échelle règionale on peut appliquer lapproche de milieux poreux equivalent. Les mesures de conductivité hydraulique ont été corrélées avec l› échelle des essais de pompage exprimée en termes de volume investigué de l› aquifère. On a mis au point une méthode simple dinterpolation pour le champ de la conductivité hydraulique basée sur la distance entre les essais in situ et les volume investigués de l› aquifère. La distribution règionale de la conductivité hydraulique montre que pour la majorité des unités de roche fracturé les plus perméable sont les roches dolomitiques alors que les grés et les roches cristalines presentent la plus faible perméabilité.

     

Anisotropic hardening of an initially isotropic porous limestone

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

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

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

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With 10 Figures     

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     

Stress distribution and rock fracture zones in the roof of longwall face in a coal mine

Summary Stress Distribution and Rock Fracture Zones in the Roof of Longwell Face in a Coal Mine. A two-dimensional finite element method of stress analysis was used to study the stress distribution and development of the fracturing process within the roof rock of a longwall face in a coal mine. Effective material properties were used instead of those measured in laboratory tests by employing underground displacement data and an inverse approximation technique. Initial stresses in the rock around the opening were found and three variations of the Mohr-Coulomb failure theory were used to calculate the corresponding safety factors. Four zones of progressive failure were established according to compressive-tensile stress proportions. The effective elastic moduli for these zones were calculated by means of a residual elasticity approach. Finally, the fractured rock stability criteria were introduced and the stability factors were calculated for the immediate roof area. Directions of fracture lines in the roof were found using the principal stress directions in the maximum shear stress zone.

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Zusammenfassung Spannungsverteilung und Bruchzonen in Firste und Ulmen von Strebbauen. Eine zweidimensionale Spannungsanalyse mittels der Finite-Element-Methode wurde benützt, um die Spannungsverteilung und die Entwicklung von Bruchbildungsvorgängen im Firstgestein am Streb einer Kohlengrube zu studieren. Bei der Ermittlung von Untergrundverschiebungen und der Anwendung einer Inverse Approximation-Technik wurden anstelle von Laborversuchsmessungen effektive Materialeigenschaften verwendet. Die Ausgangsspannungen im Fels um die Öffnung herum wurde ausfindig gemacht und drei Ansätze der Mohr-Coulombschen Bruchtheorie wurden zur Errechnung der entsprechenden Sicherheitsfaktoren benützt. Entsprechend den Druck- und Zugfestigkeiten wurden vier Zonen von Progressiven Brüchen festgestellt. Die wirksamen Elastizitätsmoduli für diese Zonen wurden mittels eines Verfahrens zur Bestimmung der Restelastizität errechnet. Schließlich wurden Kriterien für die Festigkeit von gebrochenem Gestein eingeführt und die Standsicherheitsfaktoren für den unmittelbaren Firstbereich errechnet. Aufgrund der Hauptspannungsrichtungen in den Zonen größter Schubspannungen wurden die Richtungen der Bruchlinien ermittelt.

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Résumé Distribution des contraintes et zones de fracture en roche autour de la cavité d'une longue taille. Une analyse des contraintes par la méthode des éléments finis a été faite pour étudier la distribution des contraintes et le développement du processus de fracturation du toit rocheux d'une longue taille dans une mine de charbon. Les propriétés effectives du matériau furent utilisées au lieu de celles qu'on mesure par des essais de laboratoire. Elles furent obtenues à partir des enregistrements des déplacements souterrains et par une technique d'approximation inverse. Les contraintes initiales autour des cavités ont été trouvées et trois variantes de la théorie de la rupture de Mohr-Coulomb furent utilisées pour calculer les coefficients de sécurité correspondants. Quatre zones de rupture progressives furent définies d'après le rapport résistance à la compression/résistance à la traction. Le module élastique effectif de ces zones fut calculé au moyen d'une approche par résidu élastique. Finalement le critère de stabilité des roches rompues fut introduit et les facteurs de stabilité furent calculés pour la zone immédiate du toit. Les directions des lignes de fracture du toit furent prévues à partir des directions des contraintes principales dans la zone de cisaillement maximal.

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With 12 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     

Undrained shear testing of jointed rock

SummaryUndrained Shear Testing of Jointed Rock Water pressures must change inside joints undergoing shear without perfect drainage. This paper describes a new direct shear machine in which jacketed samples with oriented joints can be tested under consolidated undrained conditions with pore pressure measurement. Triaxial compression techniques for such tests are also described and typical results with intact and jointed sandstone samples are compared with results from the direct shear tests. Whereas intact specimens displayed increasing pore pressure followed by dilatancy and pore pressure decline before peak loading, the pore pressure in jointed specimens continued increasing right up to the peak load.

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ZusammenfassungScherversuche an klüftigen Gesteinen ohne Dränung Wasserdruck in Klüften muß sich verändern, wenn ohne perfekte Dränage Scherkraft ausgeübt wird. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer, direkt wirkender Scherapparat beschrieben, in welchem ummantelte Prüfkörper mit gerichteten Klüften unter Konsolidationsbedingungen ohne Dränage untersucht werden können, wobei der Porendruck gemessen wird. Es wird außerdem die Technik von Triaxialversuchen beschrieben und typische Ergebnisse mit ungestörtem und geklüftetem Sandstein werden mit Ergebnissen aus direkten Scherversuchen verglichen. Während ungestörte Proben steigenden Porendruck, gefolgt von Dilatanz, aufweisen und der Porendruck vor der Höchstbelastung nachläßt, nimmt derselbe in geklüfteten Proben bis zur Höchstbelastung ständig zu.

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RésuméEssais de cisaillement non drainé sur des échantillons de roche contenant une discontinuité Les pressions interstitielles à l'intérieur des discontinuités doivent changer lorsqu'elles sont soumises au cisaillement et que le drainage n'est pas parfait. Cet article décrit une nouvelle machine pour essais de cisaillement direct permettant de tester, dans des conditions de consolidation non drainée, des échantillons de roche gainés comportant une discontinuité d'orientation déterminée. La machine permet la mesure de la pression interstitielle.L'article décrit également les techniques de compression triaxiale correspondantes et des résultats typiques obtenus sur des échantillons de grès intact ou traversé par un joint sont comparés à ceux provenant des essais de cisaillement direct. Alors que les échantillons de roche intacte montrent un accroissement de la pression interstitielle suivi de dilatance et d'une réduction de pression avant que la contrainte de cisaillement maximum ne soit atteinte, la pression interstitielle dans les échantillons contenant une discontinuité croît jusqu'au droit de la contrainte de cisaillement maximum.

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With 11 Figures     

The estimation of the experimental and basic components of the observed variance of rock strength

SummaryThe Estimation of the Experimental and Basic Components of the Observed Variance of Rock Strength The intercept of the strength correlelogram over distance is used to estimate the proportions of the observed strength variance which can be attributed to the testing (experimental) procedure and to the basic differences between the strengths of the specimens. The method is applied to sandstone uniaxial strength data (Wiid, 1968) where approximately half of the observed variance is experimental and half basic. A spatial trend accounts for most of the basic variance. The uniaxial strength is also spatially correlated with the triaxial strength. It is shown that the results of testing procedures of equal reliability will be poorly correlated if the experimental components of variance are large.

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ZusammenfassungDie Abschätzung der Anteile an den Streuungen der Festigkeiten von Fels, die den Versuchsverfahren bzw die den tatsächlichen Streuungen zuzuordnen sind Der Achsabschnitt im Druckfestigkeitskorrelelogramm wird verwendet, um die Anteile der beobachteten Druckfestigkeitsstreuungen, welche dem Versuchsverfahren bzw. den tatsächlichen Unterschieden zwischen den Druckfestigkeiten der Proben zuzuordnen sind, zu schätzen.Die Methode wird bei einachsialen Druckfestigkeiten eines Sandsteines (Wiid, 1968) angewandt, wobei ungefähr je die Hälfte der beobachteten Streuungen auf die Versuchstechnik bzw. auf tatsächliche Unterschiede zurückzuführen sind. Die einachsiale Druckfestigkeit wird auch mit der dreiachsialen Druckfestigkeit räumlich korreliert.Es wird gezeigt, daß die Ergebnisse der Testverfahren von gleicher Zuverlässigkeit schlechter korreliert werden können, wenn die experimentalen Komponenten an den Streuungen größer sind.

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RésuméL'estimation des parties constituantes expérimentales et fondamentales de la variance observée de la résistance de roche La valeur pour distance zéro de résistance du correlélogramme (en fonction de distance) est utilisée pour faire une estimation des proportions de la variance observée qui peuvent être attribuées au procédé expérimental ainsi qu'aux différences fondamentales entre les résistances des specimens. La méthode est appliquée à des données de résistance uniaxe de grès, ou à peu près la moitié de la variance observée est dûe à l'expérimentateur et le reste est fondamental. Une tendance spatiale explique la plûpart de la variance fondamentale. La résistance uniaxe est aussi corrélée spatialement avec la résistance triaxe. Il est démontré que les résultats des procédés expérimentaux qui sont de même fidélité seront mal corrélés si les partiés constituantes de variance expérimentales sont élevées.

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With 8 Figures     

Contrôle et modèle génétique de minéralisations en galène de type »Red-Beds«

Résumé Les minéralisations Pb-Zn pénéconcordantes du gisement de Largentière sont liées à 5 niveaux d'une formation détritique continentale (Buntsandstein) qui repose sur le socle hercynien (Massif-Central). Si à l'échelle régionale, les métaux lourds se disposent le long d'une frange qui marque la bordure d'un bassin pénésalin, les corps exploités à Largentière sont sous l'étroite dépendance de la paléotopographie locale reconstituée à partir des formes sédimentologiques des interlits argileux. Les observations de détail indiquent une mise en place des métaux immédiatement postérieure au dépôt des sédiments qui les supportent. L'ensemble des observations et interprétations immédiates s'explique logiquement par une fixation des sulfures le long de l'interface entre une nappe phréatique continentale et une nappe sulfatée, réductrice et liée au bassin. Ce modèle paléohydrogéologique permet de sélectionner les critères fondamentaux de ce type de gisement.

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The peneconcordant Pb-Zn mineralisations of Largentiére mine are related to 5 horizons of a continental detritic formation (Buntsandstein) lying on an Hercynian basement (Massif-Central). At a regional scale, heavy metals are ordered along an edge which marks the border of a penesalin basin, but worked ore bodies are strictly controled by local paleotopography determined by sedimentological features of argilaceous interbeds. Detailed observations indicate that a metal deposition did occur immediately after the underlying sediments. The whole of the observations and elementary interpretations are logically interpreted as the result of heavy metals fixation along an interface between continental and sulphatic and reducing water related to the basin. This paleohydrogeological scheme allows us to select basal criteria of that type of deposits.

     

Multiple Failure State and Strain Controlled Triaxial tests

SummaryMultiple Failure State and Strain Controlled Triaxial Tests In this paper new methods are reported for the determination of the triaxial compressive strength of rocks. The Multiple Failure State Test with several single failure states in the same specimen, represents an extension of the classical testing procedure. The Strain Controlled Test is based, however, on a new concept and permits the determination of the failure envelope for a single test specimen. This type of test yields in addition useful information concerning the influence of changing lateral pressures and the influence of plastic deformations on the ultimate strength. A large number of tests with the different experimental methods and on several types of rock show good agreement in the results for the peak strength of intact rock as well as for the residual strength in the broken condition.

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ZusammenfassungTriaxialversuche mit mehrfachen Bruchzuständen und Versuche mit gesteuerter Dehnung Es wird über eine neue Methode zur Ermittlung der triaxialen Druckfestigkeit der Gesteine berichtet. Die Versuche mit mehrfachen Bruchzuständen am gleichen Prüfkörper stellen eine Erweiterung der klassischen Versuchstechnik dar. Die Dehnungsgesteuerten Triaxialversuche gehen jedoch von einem neuen Konzept aus und erlauben die Bestimmung der Mohrschen Umhüllenden am gleichen Prüfkörper. Diese Versuche vermitteln außerdem wertvolle Hinweise über den Einfluß veränderlicher Seitendrücke bzw. über den Einfluß der plastischen Deformationen im Bruchprozeß. Eine größere Anzahl von Versuchen mit den verschiedenen Methoden an mehreren Gesteinsarten zeigen übereinstimmende Resultate für die Höchstfestigkeit des intakten Gesteines als auch für die Restfestigkeit im gebrochenen Zustand.

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RésuméEssais triaxiaux avec états de rupture multiples et essais avec déformation imposée Cet article décrit de nouvelles méthodes pour la détermination de la résistance des roches à la compression triaxiale. Les essais avec plusieurs états de rupture pour une même épouvette représentent une extension de la technique expérimentale classique. Les essais triaxiaux avec déformation imposée, par contre, sont d'une autre nature et permettent la détermination de l'enveloppe de Mohr avec une même éprouvette. De plus, les essais nous fournissent de précieuses indications sur l'influence de pressions latérales variables, resp. sur l'influence des déformations plastiques lors du processus de rupture. Le grand nombre d'essais effectués selon les différentes méthodes sur plusieurs types de roches montrent que les résultats concordent aussi bien pour la résistance maximale de la roche intacte que pour la résistance résiduelle de la roche fracturée.

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Study supported by the Swiss National Foundation for Scientific Research.

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With 15 Figures