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.

     

Time relationships between magmatism,tectonics and metamorphism in three plutonic belts in Southern Tibet: new K-Ar data

From North to South, the three plutonic belts in Southern Tibet are the Transhimalaya (or Kangdese), the North Himalaya (or Lhagoi Kangri) and the High Himalaya. 25 new mineral and whole rock K-Ar dates, added to previous data, enable a precise analysis to be made of the time relationships between different magmatic, tectonic and metamorphic events that occurred on both sides of the Indus-Tsangpo suture zone. These include: 1 - The emplacement of a large part of the eastern Transhimalaya magmatism occurred during Eocene time, suggesting a close relationship between this emplacement and the late stages of conver-gence between India and Eurasia. 2 - South of the suture, the ages obtained fall mainly between 11 and 15 MA. The greatest age allows us to fix a lower limit on the timing of metamorphic recrystallization of the Paleozoic North Himalaya granites; an intermediate age may correspond to a minimum age of emplacement of the High Himalaya and part of the North Himalaya Cenozoic granitoids; finally, the youngest age may characterize the northernmost Cenozoic granitoids of the North Himalaya belt. The consistency of these tenuous age variations with field and structural data suggests that they may be significant. 3 - Our determinations give ages often significantly younger than those usually proposed for the same events. As suggested by some authors, such a discrepancy might reflect relatively late India-Eurasia collision in this eastern part of the suture.

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Zusammenfassung Die drei plutonischen Gürtel sind, im Süd-Tibet, von Norden nach Süden, der Transhimalaya (oder Kangdese), der Nordhimalaya (oder Lhagoi Kangri) und der Hochhimalaya. 25 neue K/Ar-Datierungen an Mineralien und Gesamtgestein wurden frühen Werten hinzugefügt und erlauben eine Präzisierung der chronologischen Beziehungen der verschiedenen magmatischen, tektonischen und metamorphen Ereignisse, die beiderseits der Indus-Tsangpo-Suturzone stattfanden. 1 - Die Platznahme des größten Teils des Transhimalayaplutons scheint im Eozän erfolgt zu sein, was eine enge Beziehung des magmatischen Ereignisses mit dem Finalstadium der Konvergenz Indiens und Eurasien vermuten läßt. 2 - Im Süden der Suturzone schwanken die Alterswerte im wesentlichen zwischen 11 und 15 Mia. Jahren. Das höchste Alter erlaubt die Festlegung der unteren chronologischen Grenze der metamorphen Rekristallisation der paläozoischen Granitoide des Nordhimalayas; ein mittleres Alter könnte der unteren Grenze für die Platznahme der känozoischen Granitoide des Hochhimalayas und z. T. des Nordhimalayas entsprechen; das jüngste Alter könnte schließlich die nördlichsten Granitoide des Nordhimalayasgürtel kennzeichnen. Die große Kohärenz zwischen diesen Altersbestimmungen und den im Gelände gemessenen Werten legt nahe, daß die schwachen chronologischen Unterschiede signifikant sein können. 3 - Unsere Bestimmungen ergeben oft bedeutend jüngere Alter, als meistens für die gleichen magmatischen Ereignisse angegeben worden ist. Wie nahegelegt wurde, könnte diese Diskrepanz ein relativ spätes Kollidieren der Indischen und Eurasischen Platte im Östlichen Teil der Sutur bedeuten.

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Résumé Du Nord au Sud, les trois ceintures plutoniques du Tibet méridional sont celles du Transhimalaya (ou Kangdese), Nord Himalaya (ou Lhagoi Kangri) et Haut Himalaya. 25 nouvelles datations par K-Ar, sur minéraux et roches totales, associées à des données antérieures permettent de préciser les relations chronologiques de différents événements magmatiques, tectoniques et métamorphiques intervenus de part et d'autre de la zone de suture Indus-Tsangpo. Ainsi: 1 - La mise en place d'une part importante du magmatisme Transhimalayen oriental se révèle d'âge Eocène, ceci suggérant l'existence d'une étroite relation causale entre cette mise en place et le stade final de convergence entre l'Inde et l'Eurasie. 2 - Au Sud de la suture, les âges obtenus oscillent essentiellement entre 11 et 15 MA. L'âge le plus ancien permet de fixer une limite chronologique inférieure à la recristallisation métamorphique des granitoïdes paléozoïques du Nord Himalaya; un âge intermédiaire pourrait correspondre à une limite minimale pour la mise en place des granitoïdes cénozoïques du Haut Himalaya et pro parte du Nord Himalaya; enfin, l'âge le plus récent caractériserait les granitoïdes les plus septentrionaux de la ceinture nord himalayenne. La grande cohérence existant entre ces datations et les données de terrain suggère que les faibles écarts chronologiques mis en évidence sont réellement significatifs. 3 - Les âges que nous obtenons sont souvent nettement plus jeunes que ceux habituellement proposés pour les mêmes évènements. Comme cela a été suggéré, une telle discordance pourrait être l'indice du caractère relativement tardif de la collision Inde-Eurasie au niveau de cette partie orientale de la suture.

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Publication of the C.R.P.G., contribution n 591.     

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     

The relation between the uniaxial tensile strength and the sample size for bohus granite

SummaryThe Relation Between the Uniaxial Tensile Strength and the Sample Size for Bohus Granite An experimental investigation has shown that the uniaxial tensile strength of Bohus granite is independent of the sample size within a very large range of volume. An indirect measurement of the tensile strength such as the point load test does, however, yield the well-known decrease in strength with increasing sample volume. The reasons for these results are discussed and a theoretical extension of Weibull's statistical theory for the tensile strength of materials is used to indicate that the uniaxial tensile strength test may be a measurement of the minimum tensile strength of the bonding between the grains in the rock.

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ZusammenfassungDie Beziehung zwischen der einachsigen Zugfestigkeit und der Probengröe für den Bohuser Granit Eine experimentelle Untersuchung hat gezeigt, daß die einachsige Zugfestigkeit des Bohuser Granits von der Größe der Probe in einem weiten Volumsbereich unabhängig ist. Eine indirekte Messung der Zugfestigkeit zeigt indessen, wie der Punktbelastungstest ergibt, die wohlbekannte Abnahme der Festigkeit mit erhöhtem Volumen der Probe. Der Grund dieser Resultate wird diskutiert, und eine theoretische Erweiterung der statistischen Theorie für die Zugfestigkeit der Materialien von Weibull wird verwendet um zu zeigen, daß die einachsige Zugfestigkeitsprobe eine Messung der mindesten Zugfestigkeit der Bindung zwischen den Gesteinskörnern sein kann.

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RésuméLa relation entre la résistance à la traction uniaxe et le volume de spécimen cher le granit de Bohus Un examen a montré, que la résistance à la traction uniaxe du granit de Bohus est indépendant du volume du spécimen dans une très grande région de volume. Un mesurage indirect de la résistance à la traction montre cependant, comme l'essai de charge de point indique, la réduction de résistance bien connue avec le volume augmentant du spécimen. On discute sur les causes de ces résultats et on s'est servi d'une extension théorique de la théorie statique pour la résistance aux matériaux de Weibull pour montrer que l'essai de la résistance à la traction uniaxe peut etre un mesurage de la résistance la plus petite du liant entre les grains de roche.

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With 14 Figures     

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

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

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

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

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

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With 7 Figures     

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     

Production of gaseous pore pressure during rock slides

SummaryProduction of Gaseous Pore Pressure During Rock Slides When a rock mass slips, the local heating of the slip surface transforms pore water into vapour if the surface of failure is deep enough. It is possible to calculate, as a first approximation, a critical displacement of the mass necessary to create vapour in the slide zone. A second approximation gives the relation between critical displacement and rate of shear displacement as the slide mass creeps towards catastrophe.

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ZusammenfassungBildung eines gasförmigen Porendrucks während Gleitungen im Fels Bei Einstürzen einer Gesteinsmasse kann das Porenwasser durch die lokale Wärmeabfuhr an der Rutschfläche in Dampf umgewandelt werden, falls die Bruchfläche tief genug ist.In einer ersten Annäherung kann die kritische Verschiebung der Masse errechnet werden. In einer zweiten Annäherung kann eine Beziehung zwischen der kritischen Verschiebung und der Verschiebungsgeschwindigkeit hergestellt werden.

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RésuméFormation d'une pression interstitielle de gas lors d'un glissement d'une masse rocheuse Quand un massif rocheux s'écroule, la dissipation de chaleur localisée dans la surface de glissement peut transformer l'eau interstitielle en vapeur si la surface de rupture est suffisamment profonde. Dans une première approximation on peut calculer un déplacement critique du massif. Dans une deuxième approximation on peut obtenir une relation entre le déplacement critique et la vitesse de déplacement.

     

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

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

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

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

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With 12 Figures     

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     

Über die Anwesenheit einer Tiefenbruchzone entlang dem 25° 30′ östlichen Meridian,zwischen 42° und 47° nördlicher Breite,Rumänien

Zusammenfassung Im Rahmen des neozoischen vulkanischen Gebietes der Ostkarpaten befinden sich in Rumänien 2 Basaltzonen, die etwa dem Meridian 25°30 östlicher Länge folgen; in der gleichen Richtung befinden sich mehrere Basaltvorkommen in der mösischen Plattform und im Balkan in Bulgarien. Die Gesteine weisen in der chemischen Zusammensetzung Ähnlichkeiten auf. Für die Basalte der Ostkarpaten ist dies besonders bezeichnend, da sich diese Gesteine im Chemismus deutlich von den übrigen Produkten des neozoischen Vulkanismus unterscheiden.Auf rumänischem Territorium wurden auf gravimetrischem Wege 3 Tiefenbrüche des Fundaments festgestellt mit einer Orientierung, die kleine Abweichungen aufweist, aber im ganzen mit der N-S-Orientierung der Basalte übereinstimmt.Auf diese Beobachtungen gestützt, bauen wir die Hypothese auf, daß sich entlang dem Meridian 25°30 östlicher Länge, zwischen 42° und 47° nördlicher Breite, eine Tiefenbruchzone befindet, deren Entstehen älter ist als die heute zutage tretenden geologischen Strukturen.Der Umstand, daß diese Tiefenbruchzone heute nur durch die in einigen Punkten an die Oberfläche tretenden neogenen Basalte zu erkennen ist, läßt vermuten, daß: 1. sie langsam im Laufe der Zeit verkrustet ist und nur in wenigen Punkten bis ins Pliozän und Quartär aktiv blieb, und 2. in verschiedenen Tiefen unter den sie bedeckenden Schichten ähnliche basische Magmatismusprodukte anzutreffen sind.

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On the basis of the linear distribution of some basalt occurrences in Romania and Bulgaria, taking into account both the resemblance as regards their chemical composition and the geophysical informations about this territory, the possibility for the existence of a zone showing deep-seated dislocations along the meridian 25°30 East between latitude 42° and 47° North, is supported.

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Résumé Dans la région, volcanique néozoïque des Carpates Orientales de Roumanie se trouvent deux zones de basaltes qui longent approximativement le méridien 25°30 E; en cette même direction dans la plate-forme moesienne et dans les Balkans (en Bulgarie) des basaltes affleurent en plusieurs endroits. Les roches présentent des ressemblances quant à la composition chimique; les basaltes des Carpates Orientales se distinguent sensiblement, à ce point de vue, du reste des produits du volcanisme néozoïque.Sur le territoire de la Roumanie les données gravimétriques nous révèlent l'existence de trois fractures dans le soubassement, à orientations légèrement differentes, correspondant pourtant assez bien à l'alignement N-S de basaltes.À partir de ces constatations on a émis l'hypothèse que le long du méridien 25°30 E entre 42° et 47° lat. N se trouverait une zone de fractures profondes nées avant la constitution de l'actuelle structure géologique des zones supérieures de ces régions. Le fait qu'elles ne sont mises en évidence à présent que dans quelques endroits, par des affleurements de basaltes néozoïque, nous porte à supposer: (1) que ces fractures se sont cicatrisées progressivement au cours du temps, restant actives seulement dans quelques endroits jusqu'au Pliocène et au Quaternaire; (2) qu'à différentes profondeurs, en dessous des formations de la couverture, se trouvent aussi d'autres produits du magmatisme basique qu'elles ont favorisé.

     

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     

The neotectonic stress field in the regions of Shaanxi,Gansu, Ningxia and Qinghai (China)

SummaryThe Neotectonic Stress Field in the Regions of Shaanxi, Gansu, Ningxia and Qinghai (China) Geological, seismological, geodetic and geomorphological data were used to determine the orientation of the principal large scale regional neotectonic normal stress directions in North-Central China. It is shown that the maximum pressure is oriented NE-SW (N 40° E). In detail, there appears to be a rotation of the maximum pressure direction from N 7° E in Ladakh to N 33° E in Chinese Western Xizang and ca. N 70° E in the Southwestern part of our region investigated: This may be an indication that apart from the effect of the collision between the Eurasian and Indian tectonic plates, there may also be felt an effect of the collision between the Eurasian and Pacific plates.

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ZusammenfassungDas neotektonische Spannungsfeld in den Regionen von Shaanxi, Gansu, Ningxia und Qinghai (China) Geologische, seismologische, geodätische und geomorphologische Daten wurden verwendet, um die Richtung der überregionalen, neotektonischen Hauptnormalspannungen im nördlichen Zentralchina zu bestimmen. Es wird gezeigt, daß die maximale Druckspannung eine NE-SW-Richtung hat (N 40° E). Im Detail scheint es eine Rotation der maximalen Druckspannungsrichtung von N 7° E im Ladakh bis N 33° E im chinesischen Westxizang und bis ca. N 70° E im Südwesten der hier untersuchten Region zu geben. Dies kann ein Hinweis dafür sein, daß, abgesehen vom Effekt einer Kollision zwischen der eurasischen und indischen tektonischen Platte, sich auch der Effekt der Kollision zwischen der eurasischen und pazifischen Platte bemerkbar macht.

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RésuméLes contraintes tectoniques dans les régions de Shaanxi, Gansu, Ningxia et Qinghai (Chine) On a utilisé des dates géologiques, séismologiques, géodétiques et géomorphologiques pour déterminer l'orientation des contraintes régionales néotectoniques principales à grand echelle dans le nord de la Chine centrale. Il est démontré que la pression maximale a une direction de NE à SO (N 40° E). En détail, on observe une rotation de la pression maximale de N 7° E dans le Ladakh jusqu'à N 33° E dans le Xizang oriental chinois et à N 70° E dans le sud-ouest de la région investiguée dans le présent travail. Ceci peut être une indication que, à part de l'effet de la collision entre la plaque tectonique de l'Eurasie et celle de l'Inde, on observe un effet de la collision entre la plaque tectonique de l'Eurasie avec celle du Pacifique.

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With 18 Figures     

Zum Einfluß einiger Gefügeparameter auf die Würfeldruckfestigkeit der Granite

ZusammenfassungZum Einfluß einiger Gefügeparameter auf die Würfeldruckfestigkeit der Granite Die Möglichkeit, die physikalischen Eigenschaften des Festkörpers durch einige Gefügeparameter zu erfassen, wird in der vorliegenden Arbeit erörtert.Anhand der Bestimmung der Druckfestigkeitswerte der Granitproben und der Oberflächen-und Volumendichte zwischen deren Mineralen wird gezeigt, daß die Druckfestigkeit des Gesteins mit steigender Oberflächendichte der Minerale zunimmt und daß die Volumendichte der einzelnen Minerale für die Druckfestigkeit keine Bedeutung hat.Die Ergebnisse können ferner die Bedeutung einiger metrischer und stereologischer Methoden für quantitative Erfassung von physikalischen Eigenschaften, von Gesteinsgefügen und vom modalen Mineralbestand zeigen.

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SummaryInfluence of Some Structural Parameters on the Compressive Strength of Granite The present paper discusses and illustrates the possibility of characterizing strength properties of rock by structural parameters.Tests including the determination of the compressive strength of granites and the surface and volume densities of their minerals indicated that the compressive strength increases with increasing surface density of the minerals, whereas no significant influence of the volume density of the individual minerals was found.

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RésuméL'influence de quelques paramètres structuraux sur la résistance à la compression de granite Dans cet article l'auteur montre les relations entre les propriétés physiques des corps solides et certains paramètres de texture.Par l'étude de la resistance à la compression des granites et de la densité superficielle et volumétrique des minéraux on montre que la résistance à la compression des roches croît avec l'augmentation de la densité superficielle des minéraux, alors que la densité volumétrique des minéraux individuels, à cet égard, n'est pas significative.Par conséquent ces résultats démontrent l'importance que peuvent avoir les méthodes métriques et stéréologiques pour décrire d'une manière quantitative les propriétés physiques, les propriétés de textures et d'analyse modale des roches.

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Für wertvolle Anregungen, Hinweise und Korrekturen bin ich Herrn Prof. Dr. G. C. Amstutz und Herrn Dr. H. Giger sehr dankbar.

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Mit 5 Abbildungen     

Shear zones in granular material

Summary Shear Zones in Granular Materials. An Experimental Study of Their Structure and Mechanical GenesisA special ring-shear apparatus was designed to study in granular materials under continued shearing the development of shear zones and the accompanying changes in texture and stress state.Various series of experiments were run with densely packed, cohesionless materials in both dry and fluid-saturated states. For comparison, in a few tests also moderately cohesive materials were used. Materials and vertical load were chosen to either allow or suppress shear dilatancy, the latter case being characterised by severe grain crushing (cataclasis) in the shear zone proper. While growth and texture of dilating and non-dilating shear zones differ quite systematically, the build-up of stresses is quite similar in both cases, in particular with respect to the peak in shear stress.In many experiments stress measurements were carried out inside the granular pack, mainly by inserting small photoelastic cylinders, to establish the orientation of the maximum compressive stress in the vicinity of the shear band. The results leave little doubt that the shear bands produced between rigid platens are bounded by planes of maximum shear stress rather than by Coulomb-type slip planes. Inside a shear band, however, Coulomb slips are operative in deforming the softened shear zone material. This may be concluded from the regularly observed sets of oblique minor slips (Riedels) and discrete gliding planes.

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Zusammenfassung Scherzonen in körnigen Stoffen. Eine experimentelle Studie ihrer Strukturen und mechanischen EntstehungEin Ringschergerät wurde eigens entwickelt, um bei hinreichend langem Schervorgang die Entwicklung von Scherzonen in körnigem Material sowie die zugehörigen Struktur- und Spannungsänderungen studieren zu können.Verschiedene Versuchsreihen wurden mit dicht gepackten, nicht-kohäsiven Stoffen durchgeführt, sowohl in trockenem Zustand als auch gesättigt mit Flüssigkeit. Zum Vergleich wurde in einigen Versuchen auch mäßig verfestigtes, körniges Material verwendet. Geeignete Wahl von Material und vertikaler Belastung erlaubte es, Scherdilatanz zuzulassen oder zu unterdrücken; im letzteren Falle mit starker Kornzertrümmerung innerhalb der eigentlichen Scherzone (Bruchfließen). Während sich dilatierende und nicht dilatierende Scherzonen hinsichtlich Wachstum und Struktur systematisch unterschieden, war der Spannungsaufbau in beiden Fällen ähnlich. Dies gilt im besonderen für die Schubspannungsspitze (peak stress).In vielen Experimenten wurden Spannungsmessungen innerhalb der Körnerpackung ausgeführt, und zwar hauptsächlich mittels eingelegter photoelastischer Zylinderchen, um die Richtung der größten Druckspannung in Nähe der Scherzone zu ermitteln. Die Ergebnisse lassen wenig Zweifel, daß die zwischen starren Platten erzeugten Scherbänder von Ebenen größter Schubspannung begrenzt sind und nicht von Coulombschen Gleitebenen. Im Inneren der Scherbänder sind allerdings Coulombsche Gleitflächen an der Verformung des entfesteten Materials maßgeblich beteiligt, wie die regelmäßig wahrgenommenen, gestaffelten Sekundärgleitflächen (Riedel-Gleitflächen) und Gleitebenen zeigen.

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Résumé Zones de cisaillement en milieu granulaire. Etude expérimentale de leur structure et du mécanisme de genèseOn a conçu un dispositif annulaire spécial pour étudier le développement des zones de cisaillement en milieu granulaire, sous l'effet d'un effort de cisaillement continu ainsi que des modifications qui en résultent aussi bien dans la texture du milieu étudié que dans l'état de contrainte.Plusieurs séries d'expériences ont été effectuées sur un matériau fortement comprimé et denué de cohésion, tour à tour sec ou saturé de fluide. Dans un but de comparaison, on a aussi utilisé dans quelques cas, un matériau légèrement consolidé. Matériau et charge verticale furent choisis en sorte que l'effet de dilatation dû au cisaillement existe ou non: en l'absence de dilatation on a un important broyage des grains (cataclase) au sein de la zone de cisaillement. Alors que le développement et la texture des zones de cisaillement en dilatation ou sans dilatation présentent des différences systématiques, le développement des contraintes est très semblable dans les deux cas, en particulier en ce qui concerne la résistance au pic.Dans de nombreuses expériences, des mesures de contraintes furent faites à l'intérieur du milieu granulaire, par insertion de cylindres photoélastiques afin d'établir l'orientation de l'effort principal de compression, au voisinage de la zone de cisaillement. Les résultats laissent peu de doute sur le fait que la bande de cisaillement, entre les plaques rigides du dispositif est limitée par des plans de contrainte de cisaillement maximum et non par des plans de glissement du type des plans de Coulomb. Cependant, à l'intérieur d'une bande de cisaillement, des plans de glissement du type de Coulomb contribuent essentiellement à la deformation du matériau affaibli de la bande. On est amené à cette conclusion par l'observation systématique de familles de glissements obliques secondaires (Riedels) et de plans de glissements individualisés parallèles au cisaillement principal.

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With 33 Figures     

Estimate for bearing capacity of a prismatic pillar

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

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

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

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With 8 Figures     

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     

On the dynamics of scree slopes

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

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

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

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

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With 12 Figures     

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     

The effect of protective pillars on the deformation of mine shafts

Summary Mine shafts have traditionally been protected by leaving the ore in the immediate surroundings of the shafts in place as a pillar. Empirical rules are used to determine the dimensions of these protective pillars. The face element principle introduced by Salamon has been used to compute functions which express the influence of mining in a horizontal seam on the rock mass above it. Values have been calculated for the tilt, distortion, horizontal and vertical strain, curvature, and vertical stress along a shaft for various values of Poisson's ratio, seam depth, pillar radius, mining geometry, and closure over the mined area. The results are compared with those obtained using empirical ideas, particularly the angle of draw concept in determining pillar size. It appears that the depth of the seam is of major significance and that no pillar is needed for the protection of a shaft when the mined seam is beyond a certain depth. On the other hand it is possible, at all depths, to replace the protective action of a shaft pillar by other mining schemes. A significant amount of information which has been published on experience gained during the mining of shaft pillars tends to indicate that in many mines shaft pillars are excessively large.

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Zusammenfassung Schachtsicherheitspfeiler, die den Schacht vor Abbaueinwirkungen schützen sollen, werden gewöhnlich aufgrund von Erfahrungswerten bemessen.Die durch den Abbau in einem Flöz flacher Lagerung verursachten Einwirkungen auf einen saigeren Schacht sind hier nach dem Flächenelement-Prinzip ermittelt, wie Salamon es einführte. Entlang der Schachtsäule wurden die Schiefstellung, Verschiebung, horizontale und vertikale Dehnung, Krümmung und vertikale Spannung berechnet. Dabei wird der Einfluß der Querdehnungszahl, der Flöztiefe, des Pfeilerradius, der Form des Abbaufeldes und der Konvergenz im Flöz betrachtet. Diese Ergebnisse werden mit empirischen Regeln verglichen. Dabei ergab sich, daß die Tiefe des Flözes erhebliche Bedeutung hat und daß zum Schutze des Schachtes kein Pfeiler benötigt wird, wenn das abgebaute Flöz unterhalb einer bestimmten Teufe liegt. Auf der anderen Seite ist es für alle Tiefen möglich, den Schutz des Schachtes durch den Sicherheitspfeiler ersetzende geeignete Abbaumethoden zu gewährleisten.Manche Veröffentlichungen lassen erkennen, daß Schachtsicherheitspfeiler oft unnötig groß bemessen sind.

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Résumé En général la protection des puits est accomplie par l'abandon d'une partie du gisement, le stot de puits. Les dimensions des stots sont déterminées par des méthodes empiriques.Dans cette étude c'est la méthode proposée par Salamon qui est employée; il s'agit du calcul de l'influence de l'extraction d'un élément de taille sur les morts terrains supérieurs. Cette méthode permet de calculer les déformations, la pente, la distorsion, la courbure et les tensions le long du puits. L'influence de la profondeur de la couche, de la convergence, de l'aire exploitée, du diamètre du stot de protection et des caractéristiques mécaniques du terrain ont été considérées.Les résultats indiquent l'importance particulière de la profondeur du gisement. En effet, au-delà d'une certaine profondeur un stot de protection devient superflu. D'autre part l'influence de l'aire exploitée et de la convergence dans cette région sont telles qu'il est toujours possible de remplacer l'action protectrice du stot par une protection equivalente fournie par l'emploi d'un schèma d'exploitation bien choisi.Le nombre de cas où une exploitation partielle ou entière du stot de puits a eu lieu et où son influence sur la colonne du puits a été décrite est suffisant pour permettre d'affirmer qu'en général les dimensions du stot de puits sont trop importantes.

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With 11 Figures