Möglichkeiten und Grenzen des Base Friction Konzepts

ZusammenfassungMöglichkeiten und Grenzen des Base Friction Konzepts Der vorliegende Beitrag befaßt sich mit einer von Goodman eingeführten neuen Technologie für zweidimensionale Modellversuche in der Felsmechanik. Bei diesen Modellen sollen die im Prototyp durch die Gravitation erzeugten Körperkräfte durch Reibungskräfte simuliert werden, die dieselbe Richtung wie die Erdbeschleunigung besitzen müssen und die entstehen, wenn das zweidimensionale Modell in einer horizontalen Ebene aufgebaut und zwischen dem Modell und der horizontalen Basis eine entsprechende Relativbewegung erzwungen wird.Nach einem kurzen Überblick über die einschlägige Literatur wird anhand eines Stabilitätsdiagramms für einen Einzelkörper an der Schiefen Ebene untersucht, ob die im geklüfteten Fels auftretenden Bruchmechanismen Gleiten, Kippen und Kippen bei gleichzeitigem Gleiten im Base Friction Modell exakt modellierbar sind.Aus dieser Untersuchung ergibt sich, daß in den Bereichen Kippen und Gleiten bezüglich der Kinetik mit Schwerkraftmodellen übereinstimmende Ergebnisse zu erzielen sind. Im Bereich Kippen bei gleichzeitigem Gleiten treten dagegen wesentliche Abweichungen auf, weil die Simulation der Schwerkraft durch Reibungskräfte nicht vollständig gelingt. Fälle, bei denen Aussagen über Geschwindigkeits-und Beschleunigungsverhältnisse im Prototyp gemacht werden sollen, können aus demselben Grund mit einem Base Friction Modell nicht untersucht werden.Nach einer ausführlichen Kritik wird dann der Schluß gezogen, daß das Base Friction Modell zwar als Entwurfshilfsmittel ungeeignet ist, daß es aber als Methode für die Grundlagenforschung in der Felsmechanik mit Aussicht auf Erfolg eingesetzt werden kann.

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SummaryPossibilities and Limitations of the Base Friction Model The paper deals with a new technology for two-dimensional model tests in rock mechanics introduced by Goodman. In this model gravity is simulated by base friction forces. Their direction is to be that of gravity. The two-dimensional model is placed on a horizontal base. A movement of this base relative to the model produce frictional forces which model gravity.First a single model element placed on an inclined plane is analysed resulting in a stability diagram. The purpose of the subsequent analysis is to assess whether the mechanisms of failure being investigated, i. e. sliding, toppling, and toppling combined with sliding, are adequately reproduced by the base friction model.The specific mechanisms toppling and sliding produce kineticly valid results. Considerable errors are to be expected for toppling combined with sliding, because of the specific base friction feature. Mechanisms including velocity and acceleration cannot be modeled by base friction.Finally the limitations of the base friction model as a design tool and instrument for rock mechanics research are discussed.

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RésuméPossibilités et limites du base friction model Le présent article traite d'une nouvelle technologie des essais à deux dimensions, introduite par Goodman, sur la mécanique des roches. Par cette technologie les forces en prototype, produites par la gravitation, doivent être remplacées par des forces de frottement. Leur direction doit être la même que celle de la gravitation. Le modèle à deux dimensions est posé sur un plan horizontal. Le mouvement relatif du modèle contre la base horizontale produit des forces de frottement, qui modèlent la gravitation.A l'aide d'un diagramme de stabilité pour un élément isolé sur un plan incliné, on fait des analyses pour savoir si les états de mouvement aparaissant à la rupture de la roche, c'est-à-dire le fait de glisser, basculer, et basculer en même temps que glisser, peuvent être modelés exactement avec le base friction model.Les mécanismes glisser et basculer produisent des résultats qui sont cinétiquement réels. Des fautes remarquables doivent être attendues pour le fait de basculer en même temps que glisser à cause de la mécanique spécifique du modèle. A modeler des vitesses et des accélérations le modèle n'est pas propre.En conclusion on expose une critique détaillée pour savoir jusqu'à quel point cette méthode peut servir comme moyen de dimensionnement dans la pratique et comme instrument pour la recherche en mécanique des roches.

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Mit 9 Abbildungen     

Action of fully-grouted bolts in jointed rock and factors of influence

Summary Bolting has been used in rock engineering for many years, but present knowledge and research experience supply only limited information concerning the action of rock bolts and the determination of the bearing capacity. To improve this unsatisfactory situation a test-based research programm has been carried out at the Rock Mechanics Laboratory of the Swiss Federal Institute of Technology.Based on recent publications treating rock bolting in theory and practice, about 70 laboratory and field tests have been carried out in order to explain the mode of action of fully-bonded, untensioned rock bolts in stratified or jointed rock masses. A three-dimensional model of a laboratory test was implemented using the Finite Element Method, with the aim to check the test observations and to furnish complete information for all stages of the shear tests.Through a systematic variation of the principal bolting parameters, their influence on the increase of the shear resistance of joints has been quantified. Formulae have been developed for the evaluation of the bearing capacity of fullygrouted bolts and for the prediction of the required shear displacements.     

Experimental test of the calcite strain gage technique at low confining pressure

A series of experiments were conducted on Indiana limestone to test the applicability of calcite strain gage technique to deformations at low confining pressures. Experiments were conducted dry, at 13.8 MPa (138 bars, 2000 psi) confining pressure. These experiments indicate that both the least squares strain gage technique and the numerical dynamic analysis (NDA) technique locate the principal strain axes to within 5.0 degrees. Strains calculated by the least squares strain gage technique are accurate at low strains (less than 5%), and increasingly inaccurate at higher strains. At low strains, the calculated strain reflects the maximum strain (including elastic strain) experienced by the core. At higher strains, the increasing inaccuracy of calculated strain was accompanied by increasing negative expected values. In these experiments, microcracking played a significant part in deformation and effected twinning in calcite, and therefore the recorded strain.     

Effect of initial fault geometry on the development of fixed-hinge, fault-propagation folds

This paper describes how a model of fixed-hinge, basement-involved, fault-propagation folds may be adapted to apply to thin-skinned thrust faults to generate footwall synclines. Fixed-hinge, fault-propagation folding assumes that the fold-axial surfaces diverge upwards, fold hinges are fixed in the rock, the fault propagated through the forelimb, thickness changes occur in the forelimb and the forelimb progressively rotates with increasing displacement on the underlying fault. The original model for fixed-hinge, fault-propagation folds was developed for the case of a planar fault in basement with a tip line that was at the interface between basement and the overlying sedimentary cover rocks. The two geometries applicable to thin-skinned thrusts are for the cases where a fixed-hinge fault-propagation fold develops above an initial bedding-parallel detachment, and an initial fault ramp of constant dip which flattens down-dip into a bedding-parallel detachment.