Deformability of various granitic rocks from Japan in uniaxial tension

Uniaxial tension tests were conducted on specimens of eleven granitic rocks which came from eastern Japan, and included a granite, four granodiorites, four tonalites and two gabbros. The axial and transversal deformability of these rocks was determined based on strain measurements using wire strain gauges. The experimental test results revealed that deformational properties of the rocks investigated varied depending on their petrographic features. However, the axial strain and the lateral strain characteristics showed a similar trend for all the rocks, i.e. the stress-strain curves were non-linear throughout the whole stress range from the initial point of loading to the point of ultimate failure. Moreover, the tangent Young's modulus and the ratio of the lateral strain to the axial strain decreased monotonously with the increasing of the axial stress. Still, the deformational properties were different for individual rocks in a quantitative sense. In particular, the difference in the lateral strains among different rocks was more distinct than that in the axial strains. For example, the Poisson's ratio at a stress level equal to 50% of the ultimate strength of a granodiorite was very low, close to zero. Furthermore, the Poisson's ratio of a tonalite was lower than that of a granodiorite, and assumed a negative value. This effect occurred because the lateral strain became positive as it changed from contraction at the initial stage of loading to extension at higher stress levels. There is no ready explanation for this phenomenon; it is believed, however, that it occurs due to microcracks pre-existing in rock materials and/or weak bonds between the adjacent mineral grains. Les essais de traction directe ont été conduits sur les échantillons de onze roches granitiques provenant de la région Est du Japon: un granit, quatre granodiorites, quatre tonalites et deux gabbros. Déformabilité axiale et transversale de ces roches s’était déterminée en utilisant des jauges extensométriques à fil. Les résultats obtenus à partir des essais montrent que la déformabilité des roches examinées varie selon leurs propriétés pétrographiques. Cependant, à partir des essais, une tendance semblable était observée dans les paramètres de la déformation axiale et la déformation latérale de toutes les roches; c'est-à-dire chaque courbe de contrainte-déformation était non-linéaire dans tout l'intervalle de contraintes à partir de l’état initial jusqu’à l’état d’une rupture finale au cours du chargement. De plus, le module tangent de Young et le rapport de la déformation latérale sur la déformation axiale a diminué de manière monotone avec l'augmentation de la contrainte axiale. Cependant, les différences quantitatives de propriétés de déformation sous traction étaient observées entre des roches individuelles. Particulièrement, la différence de déformations latérales était plus notable que celle-là de déformations axiales entre des roches différentes. Par exemple, le coéfficient de Poisson à un niveau de contrainte égal à 50 % de la résistance d'un granodiorite était très bas, près du zéro. En outre, le coéfficient de Poisson de la tonalite était inférieur que celui du granodiorite et a assumé une valeur négative. Cet effet est apporté parce que la déformation latérale est devenue positive en passant de la contraction dans l'étape de chargement initiale à l'extension sous les contraines plus hautes. Il n'y a aucune explication prête de ce phénomène; on prétend, cependant, qu'il est induit par des microfissures préexistantes dans des matériaux rocheux et/ou des joints faibles entre les grains minéraux adjacents. Einaxiale Zugversuche wurden auf Probestuecke von elf frischen, in Ostjapan vorkommenden, granitartigen Gesteinen durchgefuehrt, welche einen Granit, vier Granodiorite, vier Tonalite und zwei Gabbros umfassten. Die axiale und transversale Verformbarkeit von diesen Gesteinen wurde durch Verformungsmessungen mit Drahtdehnungsmessstreifen geklaert. Die experimentellen Versuchsergebnisse offenbarten, dass Verformbarkeitseigenschaften des untersuchten Gesteins in Abhaengigkeit von ihren petrographischen Eigenschaften variierten. Jedoch zeigten die axialen und die lateralen Spannungsdehnungslinien eine aehnliche Tendenz bei allen Gesteinen, d.h. die Verformungskurven waren nicht linear im ganzen Bereich vom Ausgangspunkt des Belastens bis zum Punkt des entgueltigen Bruchs. Ausserdem verringerten sich das tangentiale Elastizitaetsmodul und das Verhaeltnis der lateralen Verformung zur axialen Verformung monoton mit der Erhoehung der axialen Spannung. Dennoch waren die Verformbarkeitseigenschaften der einzelnen Gesteine in der quantitativen Wahrnehmung unterschiedlich. Insbesondere war der Unterschied bezueglich der lateralen Verformungen zwischen verschiedenen Gesteinen eindeutiger, als der in den axialen Verformungen. Z.B. war die Querkontraktionszahl auf einem Spannungsniveau, das 50% der Zugfestigkeit eines Granodiorits entspricht, sehr niedrig und nah an Null. Ausserdem war die Querkontraktionszahl eines Tonalits negativ und deshalb niedriger als die eines Granodiorits. Dieser Effekt trat auf, weil die laterale Verformung, als sie sich von der Kontraktion am Ausgangsstadium des Belastens bis hin zur Ausdehnung auf den hoeheren Spannungsniveaus aenderte, positiv wurde. Es gibt keine fertige Erklaerung fuer dieses Phaenomen; es wird jedoch angenommen, dass es wegen der Mikrorisse auftritt, die vorher im Gesteinsmaterial und/oder in den schwachen Bindungen zwischen den angrenzenden Mineralkoernern existieren.