An experiment proving that dilatancy is a pervasive volumetric property of brittle rock loaded to failure

Summary An Experiment Proving that Dilatancy is a Pervasive Volumetric Property of Brittle Rock Loaded to Failure. Dilatancy, that is, volumetric expansion relative to the compression resulting from elastic deformation is often observed in the compression of rock specimens to failure. This phenomenon is of considerable importance to the understanding of the processes of rock failure and in their application to geological and engineering problems. Most of the observations to date have been made on small cylindrical specimens of rock, with a high surface area to volume ratio; frequently by means of resistance strain gauges cemented to the surface of the specimen. The possibility of the measured dilatancy being a superficial phenomenon due to anomalous surface deformations cannot be excluded. Measurements of dilatant deformation on the inside and outside of hollow cylindrical specimens during compression under homogeneous stresses provide a means of resolving this uncertainty. Superficial dilatancy would result in a relative diminution of the cross-section of the hole as that of the outside of the specimen increases with deformation; whereas pervasive volumetric dilatancy would result in similar relative increases in the cross-section of both the hole and the specimen. Experiments on hollow cyclindrical specimens of quartzite show that dilatancy is a pervasive volumetric phenomenon.

---

Zusammenfassung Experimenteller Nachweis zur Dilatanz als volumenbezogene Eigenschaft spröder, bis zum Bruch belasteter Körper. Dilatanz, d. h. relative Volumenvergrößerung im Vergleich zur elastischen Zusammendrückung, ist ein Phänomen, welches häufig bei der Druckbeanspruchung von Gesteinen beobachtet werden kann. Diese Erscheinung ist für das Verständnis der Bruchvorgänge von Gesteinen und deren Anwendung auf geologische und technische Probleme von beträchtlicher Bedeutung. Ein Großteil der bisherigen Untersuchungen zu dieser Frage wurde an kleinen zylindrischen Probekörpern mit großem Verhältnis von Oberfläche : Volumen durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurden meist Dehnmeßstreifen an die Oberfläche der Probekörper geklebt. Demnach kann die Möglichkeit nicht ausgeschlossen werden, daß die beobachtete Dilatation infolge abnormaler Oberflächenverformungen ein Oberflächenphänomen ist. Messungen der Dilatation an der Innen- und Außenseite eines hohlen zylindrischen Probekörpers während der Druckbeanspruchung in einem homogenen Spannungsfeld bilden eine Möglichkeit, diese Ungewißheit zu beseitigen. Im Falle einer oberflächengebundenen Dilatation würde es zu einer relativen Verkleinerung des inneren Querschnittes des hohlen Probekörpers kommen, während die Dilatation der Außenseite mit der Verformung anwachsen würde. Demgegenüber würde es im Falle der Dilatation als einer volumetrischen Eigenschaft zu einer ähnlichen relativen Vergrößerung des inneren Querschnittes des hohlen Probekörpers und des Probekörpers selbst kommen. Die Experimente an hohlen zylindrischen Probekörpern aus Quarzit zeigen, daß die Dilatanz ein volumetrisches Phänomen ist.

---

Résumé Expérience prouvant que la dilatance est répartie dans tout le volume des roches fragiles chargées jusqu'à la rupture. La dilatance, c'est-à-dire l'augmentation de volume par rapport à la déformation élastique en compression, se manifeste souvent quand on comprime des échantillons de roche jusqu'à la rupture. Ce phénomène a une importance considérable pour la compréhension des processus de rupture des roches, et pour les applications aux problèmes géologiques et géotechniques. La plupart des essais ont été faits à ce jour sur de petits échantillons cylindriques, dont la surface est grande par rapport au volume, le plus souvent au moyen de jauges à résistance collées sur la surface de l'échantillon. Il reste la possibilité que la dilatance mesurée ne soit qu'un phénomène superficiel, dû à des déformations anormales de la surface.Pour lever cette incertitude, on peut mesurer la dilatance à la fois sur la surface externe et sur la surface interne de cylindres creux soumis à des contraintes homogènes: une dilatance superficielle produirait une diminution de la section du trou et une augmentation de la section totale, tandis qu'une dilatance répartie dans tout le volume produirait des augmentations de section similaires. Les essais sur cylindres creux de quartzite montrent que la dilatance est un phénomène réparti dans tout le volume.

---

---

With 4 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.

---

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.

---

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.

---

---

Mit 11 Abbildungen     

Petrographische Eigenschaften der Gerölle und Sandkörner als Klimazeugen

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

---

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

     

Response of rocks to impact loading by bars with pointed ends

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

---

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

---

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

---

---

With 27 Figures     

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

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

---

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

---

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

---

---

With 3 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.

---

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.

---

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.

---

---

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

---

Mit 5 Abbildungen     

An experimental determination of the true uniaxial stress-strain behavior of brittle rock

SummaryAn Experimental Determination of the True Uniaxial Stress-Strain Behavior of Brittle Rock Results are presented of an experimental study of the behavior of six rock types deformed under uniaxial compression into their respective post-failure regions. Based on the observation that a rock sample in a post-failure state can be considered to be composed of broken and unbroken rock and assuming that the reduction in load-bearing capability of rock in the post-failure region is due to a reduction of the effective cross-sectional area of the specimen resulting from the growth of large cracks within the rock sample, we show that there is a maximum true stress that the unfractured solid rock can sustain without inelastic deformation. This stress is constant and is defined to be the true failure strength of the rock. The value of this stress is calculated by dividing the force on the rock sample at any point along the post-failure curve by the true load-bearing cross-sectional area of the rock sample at that point. Theoretical and experimental techniques are developed which allow an estimate of the true load-bearing area of the rock sample at any point along the post-failure curve of the sample. For the rock types used in the study, which were deformed to preselected positions along their respective post-failure curves and with the assumption that the fractured rock carried none of the applied load, the two techniques of measuring the effective load-bearing area give results which are equivalent.

---

ZusammenfassungExperimentelle Bestimmung des wahren Spannungs-Dehnungs-Verhaltens von sprödem Gestein Es wird über Ergebnisse experimenteller Studien über das Verhalten von sechs verschiedenen Gesteinen berichtet, welche unter einachsigem Druck im Nach-Bruch-Bereich deformiert wurden. Aufgrund der Beobachtung, daß eine Gesteinsprobe im Nach-Bruch-Bereich als aus brüchigem und gebrochenem Gestein zusammengesetzt betrachtet werden kann und unter der Annahme, daß die Abminderung der Belastbarkeit des Gesteins im Nach-Bruch-Bereich durch die Verringerung der wirksamen Querschnittsfläche der Probe infolge des Wachsens von großen Rissen in der Gesteinsprobe verursacht ist, wird gezeigt, daß es eine maximale wahre Spannung gibt, welche das ungebrochene, feste Gestein ohne inelastische Deformation ertragen kann. Diese Spannung ist konstant und wird als wahre Bruchfestigkeit des Gesteins angesprochen. Die Größe dieser Spannung errechnet sich durch Division der auf die Gesteinsprobe an irgendeinem Punkt der Nach-Bruch-Kurve ausgeübten Kraft durch die wahre, Belastung tragende Querschnittsfläche der Gesteinsprobe an diesem Punkt. Es wurden theoretische und experimentelle Techniken entworfen, welche eine Schätzung der Verminderung der Belastungsfläche an irgendeiner Stelle längs der Nach-Bruch-Kurve der Probe erlauben. Für Gesteinstypen, welche in diesen Untersuchungen benützt wurden und welche an im Voraus gewählten Stellen längs der Nach-Bruch-Kurve deformiert wurden, gaben unter der Annahme, daß das gebrochene Gestein nichts von der aufgebrachten Belastung trug, die beiden Techniken zur Messung der tatsächlich lasttragenden, wirksamen Fläche gleiche Resultate.

---

Résumé On présente les résultats d'une étude expérimentale du comportement de six types de roches chargées en compression simple dans leur domaine respectif de déformation après la rupture. Si l'on remarque qu'un échantillon de roche après la rupture peut être considéré comme composé de roche cassée et de roche non cassée, et en supposant que la réduction de résistance dans le domaine après la rupture est due à la réduction de la section droite intacte de l'échantillon, réduction résultant de la croissance de grandes fissures dans l'éprouvette, on montre qu'il existe une contrainte vraie maximale que la roche peut supporter sans déformation permanente. Cette contrainte est constante et est réputée être la résistance vraie à la rupture. La valeur de cette contrainte est calculée en divisant la force sur l'échantillon en chaque point de la courbe effort-déformation après la rupture, par la section droite supportant alors véritablement la charge. Des techniques théorique et expérimentale sont développées, qui permettent d'estimer la surface portante vraie de l'échantillon en tout point de la courbe après la rupture. Pour les types de roches utilisées dans cette étude, qui furent déformées à des états pré-déterminés du domaine après la rupture, et avec l'hypothèse que la roche fracturée ne supportait plus aucune contrainte, les deux méthodes de mesures de la section portante ont donné des résultats équivalents.

     

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.

---

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.

---

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.

---

---

With 11 Figures     

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

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

---

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

---

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

---

---

With 7 Figures     

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.

---

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.

---

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.

     

Zur Baugeschichte der Ardennen I

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

---

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

     

Zum mittleren Kluftabstand aus der Anzahl von Kluftanschnittlinien

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

---

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

---

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

---

---

Mit 12 Abbildungen     

Die Spannungsverteilung in der Probe mit vorgegebener Gleitfläche beim direkten Scherversuch

ZusammenfassungDie Spannungsverteilung in der Probe mit vorgegebener Gleitfläche beim direkten Scherversuch Die Ermittlung der Reibung an den Kluftflächen gehört heute zum Standardprogramm felsmechanischer Untersuchungen. Der Reibungswinkel wird hierbei aus den Spannungen, welche sich aus den äußeren Lasten und der nominalen Trennflächengröße errechnen, ermittelt. Inwieweit die Annahme solcher Spannungswerte berechtigt ist, wird anhand von photoelastischen Versuchen und Berechnungen mit Finiten Elementen für den zweidimensionalen Fall überprüft. Der Einfluß der Prüfkörperform und der Eintragung der äußeren Lasten wird hierbei besonders berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen, daß flache Prüfkörperformen eine homogene Spannungsverteilung in der vorgegebenen Trennfläche begünstigen und den Verhältnissen in situ am besten entsprechen.

---

SummaryStress Distribution in a Sample With a Given Shear Surface in Direct Shear Test Determination of friction on joint surface has become a part of every standard rock mechanics investigation program. The friction angle is determined from stresses which are calculated from external loads and the nominal contact area. The validity of this method of calculating stresses is investigated with the help of photoelastic tests and finite element calculations for the two-dimensional case. The influence of the shape of the sample and of the transmission of the external loads to the sample is particularly investigated. The test results show that flat sample shapes produce a more homogeneous stress distribution on the joint surface and best represent the in-situ conditions.

---

RésuméLa distribution des contraintes dans un échantillon de l'essai au cisaillement direct avec une diaclase de cisaillement donnée Aujourd'hui la détermination du frottement des surfaces de fissuration fait parti du programme standard des études de mécaniques des roches.Dans l'essai au cisaillement direct l'angle de frottement est calculé à partir des charges extérieures et des contraintes qui déterminent la grandeur normale de la surface de séparation. Jusqu'à quel point l'hypothèse pour ces valeurs des contraintes est justifiée, sera vérifié à l'aide d'essais photoélastiques, de calcul avec les éléments finis à deux dimensions. L'influence de la forme de l'échantillon, de l'application des charges extérieures est considerée ici en particulier. Les résultats montrent que les formes plates des échantillons favorisent une distribution homogène des contraintes dans la surface de séparation prévue et correspondent au mieux aux conditions in situ.

---

---

Mit 19 Abbildungen     

Analogy between indentation and blasting tests on brittle rocks

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

---

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

---

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

---

---

With 9 Figures     

Post-failure behavior of a granite and diabase

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

---

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

---

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

---

---

With 12 Figures and 5 Plates     

Theoretische und experimentelle Betrachtungen zur Dynamik des schichtweise inhomogenen nichtelastischen Bodens

ZusammenfassungTheoretische und experimentelle Betrachtungen zur Dynamik des schichtweise inhomogenen nichtelastischen Bodens Die optimale Bemessung eines Bauwerkes setzt nicht nur die genaue Kenntnis des Materialverhaltens allein voraus, sondern vielmehr kommt es bei einer wirtschaftlichen Bemessung auf das Zusammenwirken von Bauwerk und Boden an. Dabei soll das Werkstoffverhalten der Bauteile über oder unter Tag mit derselben Genauigkeit bekannt sein, wie das Stoffverhalten (Materialeigenschaften) der Böden. Wenn dies nicht erfüllt ist, kann die Bemessung wohl nur als grober Schätzwert angesehen werden, so daß eine übertriebene Genauigkeit in den Berechnungsverfahren des Bauwerkes keinen Sinn hat, wenn die Eigenschaften des Bodens nicht annähernd erfaßt werden. Dabei stellt man sich die Frage: sind unsere Bodenkennwerte, die vorwiegend aus Laborversuchen und statischen Lastplattenversuchen resultieren, verläßliche Kenngrößen, die den natürlichen Baugrund charakterisieren? Leider ist die Tiefenwirkung der Belastungsplatten sehr gering (Druckzwiebel) und diese Art von Versuchen somit nur für homogene Böden brauchbar. Damit ist man gezwungen, Bohrungen mit größeren Bohrlochdurchmessern durchzuführen, um überhaupt einen Einblick in das Bodenprofil (Schichtung, Inhomogenität usw.) zu bekommen. Die hohen Kosten von Bohrungen und der geringe Aussagewert der entnommenen Bodenproben nach Untersuchung im Labor, führten zwangsläufig dazu, statt dessen Schwingungsversuche mit harmonischer Kraft-, Torsions- und Kippmomenterregung anzustellen. Die in verschiedener Tiefe (z) aufzunehmenden Amplituden- und Phasenkurven geben uns, da nur Bohrlöcher von kleinen Durchmessern zum Einbringen der Amplitudenmeßrohre erforderlich sind, ohne wesentliche Störung des Baugrundes Aufschluß über die charakteristischen Bodeneigenschaften, z. B. ob der Boden linear oder nichtlinear elastisch, oder nichtelastisch, homogen oder inhomogen ist. Die Theorie solcher dynamischer Baugrunduntersuchungen wurde nachfolgend zusammengestellt und auch auf bereits in der Literatur gelöste Probleme hingewiesen. Da wir uns für die Ermittlung von Bodenkennwerten auf harmonisch erregte Böden beschränken, werden die nichtlinearen und nichtelastischen Bodeneigenschaften mit Hilfe der statischen und dynamischen Hysterese beschrieben. Anschließend wird die Versuchsdurchführung für dynamische Versuche im Bohrloch über und unter Tag mit Hilfe von Testsonde und Amplitudenmeßrohr beschrieben und einige hydraulische Erregermöglichkeiten im Bohrloch unter Tag vorgeschlagen. Die praktische Anwendung dieser Geräte umfaßt natürlich nicht nur den Bereich der Bestimmung von Materialgesetzen und Bodenkennwerten in der Natur, sondern eignet sich auch gut zur Überprüfung ausgeführter Erd- und Tunnelbauten (Straßen, Dämme usw.) auf rein qualitativer Basis, indem man die am zu untersuchenden Objekt gemessenen Amplituden- und Phasenkurven in verschiedener Tiefe mit Amplituden- und Phasenkurven derselben Tiefe von bereits bestehenden gut ausgeführten Objekten vergleicht, die in der Ausschreibung des Objektes bereits vom Bauherrn mit einem gewissen Toleranzbereich vorgeschrieben werden. Das Verfahren hat den Vorteil, daß während des Baues keine Überwachung erforderlich ist und das Objekt (z. B. bei Straßen vor Aufbringen einer Beton- oder Asphaltdecke) überprüft werden kann. Die ausführenden Baufirmen können sich schon während des Baues mittels Testsonde bzw. Amplitudenmeßrohr selbst davon überzeugen, inwieweit sie die in der Ausschreibung vorgeschriebenen Amplituden- und Phasenkurven erreichen. Die Arbeit soll nur einen bescheidenen Hinweis geben, welche theoretischen und experimentellen Methoden zur Verfügung stehen, um auf dem sehr schwierigen Gebiet der Felsmechanik und Bodenmechanik einen kleinen Schritt vorwärts zu kommen.

---

SummaryTheoretical and Experimental Considerations on the Dynamics of a Layered, Inhomogeneous, Anelastic Soil The optimal and economic design of structures requires knowledge of material behavior of the structure and knowledge about interaction of structure and soil. It should be pointed out that the behavior of the structural material and of the soil have to be known with the same degree of accuracy. If the properties of the soil are not described well then the accurate analysis of the structure is not sufficient to reach the goal of optimal design. Therefore, the question arises: Are the soil parameters determined by laboratory testing or by testing the soil by statically loaded plates at place of construction accurate enough to characterize the natural soil? Unfortunately, plate testing can only be applied to a homogeneous soil because determination of soil-parameters in this method is dependent on the displacements in the vicinity of plate. Therefore, it is necessary to drill holes of relatively large diameter to make possible inspection of the soil properties, e. g., lamination, inhomogeneity etc. This rather expensive drilling and the small scientific value of the soil testing in the laboratory leads unavoidably to dynamic testing by means of harmonic force, torsion and tilt-moment excitation. The amplitude and phase curves which have to be taken in different depthsz, determine the characteristic behavior of the soil, e. g., it will be determined if there is a linear or nonlinear, an elastic or anelastic behavior of the soil and whether the soil is homogeneous or not. For these measurements the drilling of holes with a small diameter is required because only small devices for measuring the amplitudes have to be inserted into these holes. The theory of these dynamic soil tests will be summarized in the paper and reference will be made to already solved and published problems. The nonlinear and anelastic soil properties are represented by static and dynamic hysteresis because soil parameters will be calculated only for harmonically excited foundations. Following this analysis the procedure of dynamical testing above and under earth in the drilled holes using a testing device described in the text and a pipe for measuring amplitudes will be presented in detail. Also discussed are possibilities of hydraulic excitation in the drilled hole under earth.This testing devices can be used not only for determining constitutive laws and soil parameters in nature but are equally well applicable for testing finished earth and tunnel constructions, like highways, dams etc. These measurements have a purely qualitative character. Amplitude and phase curves measured in different depthsz of one newly built object are compared with corresponding curves of other already finished constructions.The test procedure has the advantage that during construction no inspection by builder is necessary and the construction can be proved by the contractor himself. The contractors are able to compare amplitude and phase curves during construction with previously prescribed corresponding curves.The paper contributes some theoretical and experimental methods to the highly sophisticated field of rock and soil mechanics.

---

RésuméConsidérations théoriques et expérimentales sur la dynamique des sols non-élastiques et inhomogènes avec strates Le dimensionnement optimum d'un ouvrage suppose non seulement une connaissance exacte du comportement des matériaux, mais aussi, pour un dimensionnement économique, il est important de connaître l'interaction entre l'ouvrage et le sol. Pour cela il faut déterminer le comportement du matériau de la construction, à ciel ouvert ou en souterrain, avec la même exactitude que les propriétés du sol. Si cette condition n'est pas remplie, le dimensionnement peut être considéré seulement comme une estimation approchée et une exactitude exagéré dans les méthodes de calcul est inutile, si les propriétés du sol ne peuvent pas être déterminées approximativement. La question se présente ainsi: les coefficients du sol, résultant surtout d'essais de laboratoire et d'essais statiques de plaques, sont-ils des coefficients sûrs, caractérisant le sol naturel? Malheureusement l'effet en profondeur des plaques de charge est très petit (bulbe des pressions) et par conséquent ce mode d'essais n'est usilisable que pour des sols homogènes. On est donc forcé d'exécuter des forages en grand diamètre pour obtenir un aperçu du profil du sol (stratification, inhomogénéité etc.). Les grandes dépenses de forages et la faible valeur des examens des échantillons du sol au laboratoire conduisent nécessairement à exécuter en place des essais vibratoires avec excitation harmonique de force, torsion ou basculement. Les courbes d'amplitudes et de phases obtenues à des profondeurs différentes nous donnent — sans perturbation considérable du sol — des renseignements sur les propriétés caractéristiques, par exemple si le comportement du sol est linéaire ou non-linéaire, élastique ou non-elastique, ou si le sol est homogène ou non-homogène; il faut simplement faire de trous étroits pour introduire les tubes de mesure des amplitudes.La théorie de telles études du sol de fondation est présentée dans ce qui suit, en indiquant aussi les problèmes déjà résolus dans la litérature. Comme nous nous bornons à la détermination des coefficients du sol sous des excitations harmoniques, nous décrivons les coefficients des sols non-linéaires et non-élastiques à l'aide des hystérèses statique et dynamique. La technique des essais dynamiques dans un trou de forage (à ciel ouvert et en souterrain) à l'aide d'une sonde et d'un tube pour mesurer les amplitudes est décrite ensuite en proposant quelques possibilités d'excitations hydrauliques du trou. Naturellement l'emploi pratique de ces instruments comprend non seulement la détermination des lois des matériaux et des coefficients du sol en place, mais aussi il permet d'examiner les constructions au sol et en tunnels (routes, barrages etc.) sur une base absolument qualitative, en comparant les courbes des amplitudes et des phases à diverses profondeurs pour une construction donnée avec les courbes des amplitudes et des phases aux mêmes profondeurs pour des constructions déjà existantes. La méthode a l'avantage que pendant la construction une surveillance n'est pas nécessaire et que la structure peut être contrôlée. Les entreprises peuvent s'assurer pendant la construction, par une sonde ou par un tube pour mesurer les amplitudes, dans quelle mesure ils atteignent les courbes d'amplitudes et de phases prescrites à l'adjudication.L'article n'a que l'intention de montrer des méthodes théoriques et expérimentales destinées à faire progresser la mécanique des roches et la mécanique des sols.

---

---

Diese Arbeit ist Herrn o. Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. E. Tremmel zu seinem 60. Geburtstag gewidmet.

---

Mit 9 Abbildungen     

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.

---

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.

---

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.)

---

---

With 5 Figures     

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.

---

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.

---

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.

---

---

With 12 Figures     

Prestressing of the lining of a hydrotechnic tunnel in a watertight rock mass by grouting

SummaryPrestressing of the Lining of a Hydrotechnic Tunnel in a Watertight Rock Mass by Grouting The possibility and effect of prestressing of a tunnel lining by grouting of the rock mass, consisting of quartz sandstones and schists, were investigated on a full scale model in the test chamber of 5.0 m diameter and 33.0 m length.Grouting was carried out in two phases and with two different kinds of grouting mixtures. In the first phase the mixtures of coarse sand material of discontinuous grain sizes were grouted under low pressure and remained porous after grouting. In the second phase a cement mixture with added plasticizers was applied and grouted using grouting pressure up to 30.0 atm. The porous fill between the lining and the rock obtained by the first phase of grouting allowed a large radius of mixture activity in the second phase, with consequently greater effects.A group grouting system with a possibility of simultaneous grouting in 32 boreholes, was applied.Prestressing of the lining was achieved by grouting. The stresses decreased in the beginning, but later (after about 2 months) obtained their permanent values.Stresses and deformations in the lining were also measured during the hydrostatic loading of the lining with maximum pressures up to 13.0 atm.The tensile stresses found to be developed in the lining at total loadings were very low. This was a result of prestressing.

---

ZusammenfassungVorspannung einer Druckstollenauskleidung in wasserdichtem Gebirge durch Verpressen Die Möglichkeit und der Effekt einer Vorspannung der Tunnelauskleidung durch unmittelbare Verpressung eines Gebirges von Quarzsandstein und tonig-serizitischen Schiefern wurden im Maßstab 1 : 1 in einer Probekammer von 5,0 m Durchmesser und 33,0 m Länge überprüft.Die Verpressung erfolgte in zwei Phasen und mit zwei verschiedenen Injektionsmischungen. In der ersten Phase wurden unter niedrigem Druck Mischungen mit grobkörnigen Sanden ungleichmäßiger Kornverteilung injiziert, welche nach dem Verpressen porös blieben; in der zweiten Phase wurde eine Zementmischung mit plastifizierenden Zusätzen verwendet, welche unter Drücken bis zu 30 atm eingepreßt wurde. Die poröse Verfüllung zwischen der Auskleidung und dem Fels, welche durch die erste Injektionsphase erhalten wurde, ermöglichte einen großen Wirkungsradius in der zweiten Phase, wodurch ein größerer Effekt erzielt wurde.Es wurde das System der Gruppeninjektion mit der Möglichkeit der gleichzeitigen Verpressung in 32 Bohrungen verwendet.Durch die Injektionen wurde eine Vorspannung der Auskleidung erreicht, welche zwar anfangs absank, später jedoch (nach zwei Monaten) dauernde Werte behielt.Die Messung der Spannungen und Verformungen in der Auskleidung erfolgte bei einer hydrostatischen Belastung mit maximalen Drücken bis 13 atm.Die Zugspannungen in der Auskleidung waren selbst bei Höchstlast sehr gering; dies war sicherlich auf die Wirkung der Vorspannung zurückzuführen.

---

RésuméPrécontrainte par injection du revêtement d'un tunnel hydroélectrique dans un massif rocheux imperméable On a étudié la possibilité et l'effet de la précontrainte par injection directe du revêtement d'un tunnel dans un massif de grès de quartz et schistes, sur un modèle en vraie grandeur dans une chambre d'essai de 5 m de diamètre et 33 m de longueur.L'injection a été effectuée en deux phases, avec deux sortes de coulis différents. Dans la première phase on injecte sous faible pression un sable grossier à granulométrie discontinue qui reste poreux après l'injection, et dans la deuxième phase on injecte un coulis de ciment additionné de plastifiant avec une pression atteignant 30 bars. Le remplissage poreux obtenu par la première phase entre le revêtement et le rocher assure un grand rayon d'action à la deuxième phase et donc une meilleure efficacité.On a employé un système d'injection par groupes de forages, pouvant aller jusqu'à 32 forages simultanés.Les contraintes développées dans le revêtement par cette opération diminuent d'abord et se stabilisent après deux mois environ.La mesure des contraintes et des déformations dans le revêtement a été faite pendant l'essai d'une charge hydrostatique de la chambre jusqu'à 13 bars. On a constaté de très faibles tractions dans le revêtement pour les charges résultantes, ce qui est certainement dû à la précontrainte du revêtement par injection et aussi à ce que le massif rocheux a supporté la pression hydrostatique.

---

---

With 9 Figures     

The Vaiont Slope Failure

SummaryThe Vaiont Slope Failure The paper discusses the Vaiont Slope Failure as an example of sequential failure involving a third order failure mechanism. Laboratory evidence obtained with sand models is presented in support of the argument and from this arises the concept of dilatant zones which allow formerly tightly packed rock zones to dilate and permit block rotation and shearing to contribute to a considerable reduction in strength. Field measurements of movement vectors originally made by Müller also provide evidence in support of the mechanism. Using the author's clastic analysis, together with possible pore pressure changes on the initiating failure surface, it is shown that on backanalysis values of tan required according to Müller in the range 0.7 to 0.8, can be obtained. An important phenomenon observed in the Vaiont slide was the rate at which the material moved into the valley. It is suggested that the energy liberated by the strain-softening characteristics of the material involved played a major role, but it is also considered that, once initiated, pore water pressure increase on the failure surface analogous to the phenomenon of aquaplaning in vehicle skidding on wet pavements may also have contributed to the rate of movement.

---

ZusammenfassungDie Rutschung von Vajont In diesem Beitrag wird die Rutschung von Vajont als ein Beispiel eines sequentiellen Böschungsbruches, dessen Mechanismus durch drei Gleitflächen gekennzeichnet ist, aufgefaßt. Laboruntersuchungen an Sandmodellen werden angeführt, um diese Auffassung zu unterstützen; aus ihnen ergibt sich die besondere Bedeutung dilatanter Zonen, in denen ursprünglich wenig aufgelockerter Fels mittels Rotations- und Schervorgängen aufgelockert wird, was zu einer beträchtlichen Verringerung der Festigkeit beiträgt. Müllers Beobachtungen der Bewegungsvektoren lassen sich mit dem vorgeschlagenen Mechanismus in Einklang bringen. Unter Verwendung der vom Verfasser entwickelten Partikel-Analysis sowie bei Berücksichtigung möglicher Änderungen des Porenwasserdruckes in den sich entwickelnden Gleitflächen kann aufgezeigt werden, daß der erforderliche Beiwert der effektiven Reibung in der von Müller geforderten Größenordnung von 0,7 bis 0,8 liegt. Ein wichtiger Aspekt der Vajont-Rutschung war die Geschwindigkeit, mit der die Rutschmasse sich bewegte. Hierzu wird vorgeschlagen, daß der Energie, die durch das Sprödbruchverhalten des Felsen beim Gleitvorgang freigesetzt wurde, eine größere Rolle zukommt; als ein weiterer Faktor, der zu der hohen Geschwindigkeit der Rutschung beigetragen haben könnte, wird die Erhöhung des Porenwasserdruckes auf den Gleitflächen, die in Analogie zu dem Aquaplaning-Phänomen (Gleiten von Fahrzeugen auf nassen Fahrbahnen) stattgefunden haben könnte, betrachtet.

---

Résumé as La cassure de la pente du Vaiont Cet article examine la cassure de la pente du Vaiont comme exemple de cassure consécutive qui met en jeu un mécanisme de cassure du troisième ordre. Les résultats des expériences de laboratoire faites sur des maquettes de sable sont présentées à l'appui de la thèse et de ceux-ci naît le concept de zones de dilatation qui permettent aux zones de roches, auparavant étroitement serrées de se dilater et à la rotation des blocs et à la rupture de contribuer à une réduction considérable de la solidité. Des mesures des vecteurs du déplacement prises sur le terrain d'abord, par Müller, offrent aussi des résultats à l'appui du mécanisme. En utilisant l'analyse clastique ainsi que des changements possibles de pression au niveau des pores sur la surface initiatrice de la cassure, l'auteur obtient des valeurs de la tangente correspondant à celles de Müller de 0,7 à 0,8. Un phénomène important observé dans le glissement du Vaiont a été la vitesse à laquelle le matériau s'est déplacé jusqu'à la vallée. Il semble que l'énergie libérée par les caractéristiques résistance-fatigue du matériau en question ait joué un rôle majeur, mais il semble également possible qu'une fois amorcée, l'augmentation de la pression d'eau des pores sur la surface de la cassure, analogue au phénomène d'aquaplaning das le cas d'un véhicule qui dérape sur des pavés mouillés, puisse aussi avoir contribuée à la vitesse du déplacement.

---

---

With 19 Figures