A new rock mass failure criterion for biaxial loading conditions

To simulate brittle rocks, a mixture of glastone, sand and water was used as a model material. Thin galvanized sheets were used to create joints in blocks made out of the model material. To investigate the failure modes and strength, both the intact material blocks as well as jointed model material blocks of size 35.6 × 17.8 × 2.5 cm having different joint geometry configurations were subjected to uniaxial and biaxial compressive loadings. Results obtained from the intact model material blocks are used to validate a new intact rock failure criterion for biaxial loading. Results obtained from both the intact and jointed model material blocks are used to develop a strongly non-linear new rock mass failure criterion for biaxial loading. In this failure criterion, the fracture tensor component is used to incorporate the directional effect of fracture geometry system on jointed block strength. The failure criterion shows the important role the intermediate principal stress plays on rock mass strength. Zur Simulation spröder Gesteinsarten wurde ein Modellmaterial aus Dentalgips, Sand und Wasser hergestellt. Daraus wurden Blöcke gegossen, in denen mittels dünnen, galvanisierten Blechen Trennflächen erzeugt wurden. Die Blöcke mit Abmessungen von 35.6 × 17.8 × 2.5 cm wurden in einaxialen und biaxialen Druckversuchen belastet. Es wurde das Versagensverhalten und die Festigkeit von intakten Blöcken sowie durchtrennten Blöcken mit unterschiedlicher Trennflächengeometrie untersucht. Aus den Ergebnissen der Versuche an intaktem Material wurde ein neues Versagenskriterium für biaxiale Belastungen validiert. Die Ergebnisse der Versuche an intakten und durchtrennten Blöcken wurden verwendet, um ein neues stark nicht-lineares Versagenskriterium für geklüftetes Gebirge unter biaxialer Belastung abzuleiten. Darin wird der Bruchtensor verwendet, um den Einfluss der Trennflächengeometrie auf die Festigkeit zu erfassen. Das Versagenskriterium stellt heraus, welche Bedeutung die mittlere Hauptspannung für die Gebirgsfestigkeit hat. Un mélange de platre dentaire, de sable et d’eau a été utilisé pour développer un matériau analogue des roches fragiles. De fines feuilles galvanisées permettent de créer des discontinuités représentatives des discontinuités naturelles dans des bloques fabriqués avec ce matériau analogue. Les modes de rupture et la résistance, tant pour le matériau intact que pour le matériau avec ses discontinuités, ont été étudiés sur des blocs de 35.6 × 17.8 × 2.5 cm soumis à des efforts de compression uniaxiaux et biaxiaux. Différentes configurations de géométrie de discontinuités ont été considérées. Les résultats obtenus à partir des blocs intacts permettent de vérifier un nouveau critère de rupture pour les roches intactes soumises à des efforts biaxiaux. Les résultats obtenus, tant avec les blocs intacts qu’avec les blocs avec discontinuités, sont utilisés pour développer un nouveau critère de rupture, fortement non linéaire, pour les massifs rocheux soumis à des chargements biaxiaux. Dans ce critère de rupture, un tenseur de fractures est introduit pour caractériser les effets directionnels de la géométrie des systèmes de discontinuité sur la résistance des blocs avec discontinuités. Ce critère de rupture démontre le rôle important de la contrainte principale intermédiaire sur la résistance des massifs rocheux.