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By D. Boldini, R. Lackner, H. A. Mang

ABSTRACT: In this paper, the strong interaction between the hardening shotcrete lining and the surrounding ground in NATM tunneling is investigated by means of axisymmetric analyses, accounting for the three-dimensional nature of the excavation process. The effect of the hydration of shotcrete on strength, stiffness, chemical shrinkage as well as microcracking and creep are accounted for. For the description of the mechanical behavior of the ground, a multi-surface plasticity model is employed. The performed analyses of the excavation process provide insight into the influence of each phenomenon accounted for in the material model for shotcrete on the response of the ground-shotcrete compound structure. ZUSAMMENFASSUNG: In diesem Beitrag soll die Interaktion zwischen dem erhärtenden Spritzbeton und dem Boden auf der Basis axisymmetrischer Berechnungen untersucht werden. Derartige Berechnungen ermöglichen die Berücksichtigung des drei-dimensionalen Charakters des Vortriebprozesses. Die Auswirkung der Hydratation auf die Entwicklung der Festigkeit, Steifigkeit und der chemischen Schwindverzerrungen, sowie das Reißen und das Kriechen des Spritzbetons wurde berücksichtigt. Das mechanische Verhalten des Bodens wurde mittels eines Mehrflächenplastizitätsmodells simuliert. Die durchgeführten Berechnungen des Vortriebprozesses geben Einblicke in die Auswirkungen der Spritzbetoneigenschaften auf das Tragverhalten des Boden-Spritzbeton-Komposits. RÉSUMÉ: La stricte interaction entre le soutènement en béton projeté durcissant et le terrain dans un tunnel creusé avec la NATM est étudiée par des analyses axisymétriques, compte tenu de la nature tridimensionnelle des processus de creusement. Les effets de l’hydratation du béton sur la résistance, la rigidité et la contraction chimique, ainsi que sur la micro-fissuration et le fluage, sont mis en compte. Pour la description du comportement mécanique du terrain on emploie un modèle de plasticité multi-surface. Les analyses conduites mettent en évidence l’influence de chaque phénomène considéré dans le modèle constitutif du béton projeté sur la réponse de la structure composite terrain-béton projeté.

Jan 1, 2003

By B. van Beek, J. Ndlovu, K. T. Hara, J. M. A. Geldenhuis

This paper describes the development of an alternative technique for measuring the matte level height in sulphide smelting furnaces. The initial studies involved applying electrochemical oxygen probes in a smelting furnace to measure the oxygen potentials of the matte and slag phases. However, these measurements were not successful as a result of low temperatures, preventing there ference electrode from attaining equilibrium during the measurements. These trials were followed up by using oxygen probes containing a (Mo + MoO2) reference electrode instead of the(Cr + Cr2O3) reference electrode used previously. It was shown that with some further development work, it should be possible to measure the oxygen potential of these mattes accurately. Further measurements were performed with a magnetic sensor in sulphide mattes. It was shown that an electronic signal, which is proportional to the magnetic susceptibility of the surrounding material, was generated during immersion into liquid matte. These measurements were extended and done in a smelting furnace. Initial results indicated that when the magnetic sensor was dipped through the slag layer into the matte, a signal was generated as soon as the sensor came in contact with the matte. Measurements are ongoing in order to record (on a computer for improved accuracy) the signal as a function of distance when the sensor is immersed through the slag layer into the matte phase. The magnetic sensor measurements may be the solution to a matte level measurement problem that has existed for a few decades in matte smelting furnaces.

Jan 1, 2004

By G. Dhakal, J. -I. Kodama, K. Neaupane, T. Yoneda

ABSTRACT Durability tests and evaluation of sub-zero temperature effects to some argillaceous clastic rocks were carried out. Welded tuff, limestone, sandstone and schist samples collected from different parts of Japan were tested and results are presented. Schist and dolomite from Ganesh Himal area along the higher Himalayas of Nepal were also tested, and the results are compared. The slaking tests were performed on all samples in pure water. The results reveal that the slaking index of schist from Japan is lower than that of schist from Nepal. Regarding carbonate rocks, the slaking index of limestone from Japan is higher than that of dolomite from Nepal. A tendency of decrease in slake durability with an increase in porosity is also observed. Freezing and thawing experiments conducted on welded tuff and schist reveal that crack initiates earlier but extends slower in schist than in welded tuff. It is also observed from the freeze-thaw experiment that the welded tuff deteriorates and wears faster than the schist. However, sandstone remains relatively intact for a long run of freeze-thaw cycles. Zusammenfassung Beständigkeitstests sowie die Bewertung der Auswirkungen von Minusgraden auf Tonschiefer Trümmergestein wurden durchgeführt. Dabei wurden geschweißter Tuff, Kalkstein, Sandstein und Schiefer aus verschiedenen Gebieten Japans sowie Schiefer und Dolomitgestein aus dem Ganesh Himal Gebiet, dem höheren Himalaya Nepals, untersucht und die Resultate verglichen. Für alle diese Gesteine wurden Slaking-Tests in reinem Wasser vorgenommen. Die Resultate zeigen, dass das Slaking von Schiefer aus Japan höher als das von Schiefer aus Nepal war, wohingegen bei kalkhaltigem Gestein das Slaking von Kalkstein aus Japan niedriger als das von Dolomitgestein aus Nepal ausfiel. Es wurde dabei auch eine Tendenz zur Löschbeständigkeitsverringerung bei gleichzeitig erhöhter Porosität beobachtet. Gefrier- und Tautests an geschweißtem Tuff und japanischem Schiefer zeigten, dass Risse in Schiefer schneller auftraten, aber sich langsamer ausweiteten als in geschweißtem Tuff. Bei Gefrier- und Tautests wurde ebenfalls beobachtet, dass geschweißter Tuff schneller verfällt und verschleißt als Schiefer. Sandstein hingegen blieb über lange Tau- und Gefrierzyklen intakt Résumé Des tests de solidités et l’évaluation de l’effet des températures en dessous de zéro sur les rocs argileux ont été effectués. Les rocs d’origine volcanique (cendre), les rocs calcaires, sableux et les schistes de différentes régions du Japon, ont été étudiés. Les schistes et les dolomites de la région de Ganesh Himal le long du haut Himalaya (Népal) ont été étudiés et comparés à ceux du Japon. Les tests de désintégration sur les rocs ont été effectués dans l’eau pure. Les résultats montrent que l’index de désintégration des schistes du Japon est inférieur aux schistes du Népal. En ce qui concerne les rocs carbonyles, l’index de désintégration des rocs calcaires du Japon est supérieur à ceux des dolomites du Népal. Une décroissance de la résistance à la durabilité est observée avec une plus grande porosité des rocs. Les tests de congélation-décongelation sur les schistes et les rocs d’origine volcanique (cendre) du Japon montrent une apparition précoce des fissures mais l’expansion des fissures est plus rapide dans les rocs volcaniques. Des tests similaires montrent que les rocs volcaniques (cendre) se désagrégent plus rapidement que les schistes. Cependant, les rocs sableux restent intacts après plusieurs cycles de congélation-décongélation.

Jan 1, 2003

By G. van den Berg

Anglo Platinum has initiated a project to investigate hydraulic hoisting technology for platinum mines. Hydraulic hoisting systems are categorized as pumping, fluidizing feeder or displacement feeder systems. Positive displacement piston diaphragm pumps are most suitable for pumping systems but they require that the ore be milled prior to pumping. Fluidizing feeders are unsuitable for platinum ore applications due to the large percentage of fines in the ore. The three-chamber pipe displacement feeder has been most widely used for hydraulic hoisting and is the most suitable technology for platinum mines. Eight hydraulic hoisting applications covering pumping and displacement feeder technologies are reviewed. The key factors to be assessed in selecting a hydraulic hoisting system for a platinum mine are discussed. A typical platinum mine configuration will comprise an ore preparation plant (to produce -15 mm material through screening or crushing), motive water pump on surface, high pressure water pipeline from surface to underground, ore slurrification plant, three-chamber displacement feeder, and a high pressure slurry pipeline to surface. The water and slurry pipelines are housed in a purpose drilled borehole. A hydraulic hoisting system selection chart is presented. A 150 mm diameter system with a 25 MPa pressure rating is required to hoist 60 000 t/m from a depth of 1 200 m. Generic capital and operating costs are presented . A major potential advantage of hydraulic hoisting is that the fines, which contain a high percentage of PGMs, are captured underground and transported directly to the concentrator. Hydraulic hoisting technology is ideally suited to providing supplementary hoisting capacity to existing shafts that have reached the skip hoisting capacity limit. The main advantage for new shafts is the potential to significantly simplify underground rock handling and transportation. All hydraulic hoisting system components are proven. The only risk area is the wear rates of the valves and piping. Current estimates are based on gold ore. The business cases investigated show that the financial viability of the installations are not sensitive to wear rate. Hydraulic hoisting is technically feasible and financially attractive for platinum mines. Keywords: Hydraulic hoisting, slurry

Jan 1, 2004

By J. -H. Wu, S. Nishiyama, Y. Ohnishi

The behaviors and stress distributions of the inclined jointed rock masses with different dip angles obtained from DDA are compared to the results of laboratory tests. By calculating the block stress distributions, it is confirmed that DDA can reproduce the arching around the trap door when lowering the trap door. The shapes of arching change with the angles of inclined layers. In addition, the earth pressures acting on the trap door shows non-symmetrical distributions when the layers are not horizontal. The stress concentration occurs in one side of the rock masses close to the trap door. Furthermore, the surface settlements are also related to the inclined angle, and the loosening zone in rock masses can be different from Terzghi’s theory [1]. Since, simulations have good agreements with the laboratory test , it demonstrates the applicability of DDA to explain the mechanical behaviors of tunnel, such as arching phenomenon, non-symmetrical earth pressure distributions acting on the trap door, and the surface settlement profile in the jointed rock masses. Dans cet article est décrite l’étude numérique du perçage d’un tunnel dans un massif de couches rocheuses jointes inclinées. La simulation à l’aide de l’Analyse de Déformation Discontinue (DDA), en faisant varier l’angle d’inclinaison des couches de roche, nous apporte des résultats en termes de distributions de contraintes et de comportement des couches, résultats qui sont ensuite comparés avec des résultats de tests en laboratoire. Les résultats confirment le fait que la DDA est capable de reproduire le phénomène d’arcage autour de la trappe lorsque la trappe s’abaisse. Les formes d’arcage varient selon l’angle d’inclinaison des couches de roche. Par ailleurs, lorsque les couches ne sont pas horizontales, la distribution de pression agissant sur la trappe est assymmétrique. La concentration de contraintes se produit du coté proche de la trappe. De plus, les tassements de surface dépendent eux aussi de l’angle d’inclinaison. En conséquence, les résultats de simulation sont en accord avec les tests en laboratoire, ce qui prouve que la DDA permet d’expliquer des comportements mécaniques du tunnel tels que l’arcage, les distributions assymmétiques de pression du sol sur la trappe, ainsi que le profil du tassement de surface dans la masse de roches jointes. Dieser Beitrag beschreibt eine numerische Studie über Tunnel im geklüftetem Fels. Das Verhalten und die Druckverteilungen in den unterschiedlich geneigten und geklüfteten Felsenmassen wird mit Hilfe des Discontinuous Deformation Analysis Programms (DDA) simuliert, und mit Laborversuchen verglichen. Die Resultate bestätigen, dass DDA der Gewölbewirkung im „Trapdoor“ Experiment gut reproduzieren kann. Die Form des Gewölbes, ändert sich mit unterschiedlichen Neigungswinkeln der Schichten. Bei geneigten Schichten entstehen unsymmetrische Druckverteilungen. Auch die Oberflächenabsenkung ist von dem Neigungswinkel abhängig. Die gute Übereinstimmung der Simulationen mit den Laborversuchen zeigt, dass die DDA-Methode gut geeignet ist, um das mechanische Verhalten von Tunneln, wie z.B. den Effekt der Gewölbewirkung, die unsymmetrischen Druckverteilungen bei geneigten Schichten, oder die Oberflächenabsenkung in geklüfteten Felsenmassen, zu erklären.

Jan 1, 2003

By B. Zlender

ABSTRACT: The paper presents investigation of carboniferous slates from the Trojane hilly area performed on series of samples of equal material. The results of static loading tests show that carboniferous slate is heterogeneous and yields on slate layers. Where that kind of heterogeneity is distinctive the strength results are essentially lower of commonly tests results. The results of dynamical loading tests show that the slate surfaces have the essential meaning for the stability of the material. When those surfaces are moistened the material become unstable. RÉSUMÉ: L'article présente une épreuve des ardoises carbonifères de la région montagneuse de Trojane sur une série des échantillons des matériaux identiques. Les résultats des tests de charge statique montrent que l'ardoise carbonifère est hétérogène et qu'elle cède sur les couches d'ardoise. Quand l'hétérogénéité est distinctive, les résultats de stabilité sont essentiellement plus bas que les résultats obtenus par des tests ordinaires. Les résultats des tests de charge cyclique montrent que les surfaces d'ardoise sont très importantes pour la stabilité du matériel. Quand ces surfaces sont mouillés, le matériel devient instabile. ZUSAMMENFASSUNG: Der Artikel präsentiert die Forschung von Karbonschiefersteinen im Bereich des Bergland Trojane, ausgeführt durch Serien von Proben aus den gleichen Erdmaterial. Die Resultate der statischen Belastungsprüfungen zeigen, das die Karbonschiefersteine heterogen sind und die Schieferflächen nachlassen. Wo bei dieser Art der Heterogenität die Festigkeitsergebnisse wesentlich niedriger sind als bei gewöhnlichen Testergebnissen. Die Ergebnisse der zyklischen Belastungsprüfungen zeigen das die Schieferflächen eine wesentliche Bedeutung für die Stabilität des Erdmaterials haben. Wen diese Schieferflächen befeuchtet sind, wird das Erdmaterial unstabil.

Jan 1, 2003

By V. Velicka, J. Ptacek, R. Snuparek, P. Konecny, G. Takla

Coal mining in Ostrava-Karvina coalfield is being accompanied by rockbursts. 82 rockbursts occurred within the period between 1990 and 2002. Natural and technological factors from these rockbursts were collected and analysed. They confirmed that rockbursts are complex geomechanical events and that the relations between co-acting technological and natural factors are very complicated. Der Abbau in dem Ostrava-Karvina Steinkohlenrevier wurde von Anfang an durch Gebirgsschläge begleitet. 82 Gebirgsschläge in dem Zeitabshnitt von 1990 bis 2002 erfolgten. Die Angaben über natürliche und technische Faktoren der Gebirgsschläge wurden gesammelt und analysiert. Es wurde bestätigt, dass die Gebirgsschläge komplexe geomechanische Phänomene sind und dass die Beziehungen zwischen den zusammenwirkenden Faktoren sehr kompliziert sind. L´abattage d´houille dans le Bassin houiller d´Ostrava-Karvina est accompagnée par les coups de terrains. 82 coups de terrains s´étaient produit dans la période entre 1990-2002. Les données sur les facteurs naturels et techniques ont été ramassées et analysées. Les résultats ont corroboré que les coups de terrains sont des phénomènes géoméchaniques complexes. Les relations entre les facteurs techniques et naturels coopérants sont très compliqués.

Jan 1, 2003

By M. Ghoreychi, X. Daupley

ABSTRACT: The paper is devoted to two major aspects related to the abandonment of salt mines: 1)- Long-term risk associated with the mechanical instability of surface and its consequences for public security and properties. 2)- Long term dissolution and transport of salt resulting from its communication with groundwater. Basic characteristic features of salt deposits and mining methods are presented through the studies already undertaken on French mines. This analysis allows to identify major hazards encountered in different traditional salt mines and solution-mining cavities. In particular, the role of overburden (presence and thickness of salt layer in exploitation roof, presence of clayey rocks or hard rocks e.g. dolomite or anhydrite), presence of water-bearing strata and possibly natural brine levels, discontinuities, etc. are discussed. In the second part, the main features of mechanical behaviour of salt (creep, damage) as well as transfer processes of this material are presented. The influence of these aspects on the long term evolution of abandoned salt mines is then analysed. KEY WORDS: exploitation, abandonment, salt, mechanical, stability, transport, solution, brine. ZUSAMMENFASSUNG: Der Artikel bezieht sich auf zwei bedeutende Aspekte beim Salzabbau: 1)-Das langsfristige Risiko zur Bodenoberflächeunbeständigkeit und sein Einfluss über Mensch= und Gütersicherheit. 2)-Die langsfristige Auflösung und Beförderung des Salz beruhen sich auf Studien über französiche Bergbauen. Diese Analyse emöglicht es, die bedeutendesten Risiken in verschiedenen Salzgruben zu identifizieren, bzw. Traditionellen oder durch Auflösung abgebauten. Insbesondere wird die Rolle des Deckgebirges (Vorhandensein und Dicke von Salzschicht am Dach des Grube, Beisein von Tanlager oder hartem Gestein wie Bitterkalk oder Anhydrid), Beisein von wasserhaltigem Boden und/oder gesalzenen Wasserflächen, Trennflächen, usw… erötert. Im zweiten Teil werden die haupsächlichen Eigenschaften des Salzverhaltens (Kriechen und Beschädigung) beschrieben. Ihr Einfluss über das Verhalten von stillgelegten Bergwerken lässt sich analysieren. SCHLÜSSELWÖRTER: Bergwerksbetrieb, Stilllegung, Mechanik, Beständigkeit, Ausbreitung, Aussolung, Solewasser. RESUME: L’article est consacré à deux aspects majeurs liés à l’abandon d’exploitations de sel : 1)- Le risque d’une instabilité à long terme de la surface du sol et son incidence sur la sécurité des personnes et des biens. 2)- La dissolution à long terme et le transport de sel sous l’effet d’une communication avec des eaux souterraines. Les principales caractéristiques de gisements et d’exploitations de sel sont présentées en s’appuyant sur les études antérieures réalisées sur les exploitations en France. Cette analyse permet d’identifier les risques majeurs rencontrés dans différentes mines de sel traditionnelles ou exploitées par dissolution. En particulier, le rôle du recouvrement (présence et épaisseur d’un banc de sel au toit de l’exploitation, présence de terrains argileux ou de roches dures telles que la dolomie ou de l’anhydrite), présence de terrains aquifères ou de nappes salées éventuelles, discontinuités, etc. sont discutées. Dans la deuxième partie, les principaux traits du comportement mécanique du sel (fluage, endommagement) ainsi que les processus de transport de ce matériau sont présentés. L’influence de ces aspects sur le comportement à long terme d’exploitations abandonnées de sel est ensuite analysée. MOTS CLES: exploitation, abandon, mécanique, sel, stabilité, transport, dissolution, saumure.

Jan 1, 2003

By W. Wittke, J. Gattermann

ABSTRACT: One alternative to close a radioactive waste repository in rock salt is the construction of a “Cross Section Closure (CSC)“ sealing barrier. The proposed material for the CSC is highly compacted bentonite. To investigate the swelling behaviour of a highly compacted bentonite a large number of laboratory tests were performed. In addition, large scale model test were carried out to demonstrate the development of a nearly homogeneous and isotropic swelling pressure. The results of the large scale model tests were interpreted numerically based on the models for stress-strain behaviour and water uptake which are implemented in the finite element codes FEST03 and HYDOPO. The investigations show a good agreement of the results of the model tests and the corresponding analyses and show, that the theoretical models are capable of describing the behaviour of sealing structures based on highly compacted bentonite. ZUSAMMENFASSUNG: Eine Möglichkeit für den Verschluß eines Endlagers für radioaktive Abfälle im Steinsalz ist die Konstruktion einer Querschnittsabdichtung aus hochverdichtetem Bentonit. Zur Untersuchung des Quellverhaltens von hochverdichtetem Bentonit wurden eine große Anzahl von Laborversuchen durchgeführt. Um die Entwicklung eines nahezu homogenen und isotropen Quelldrucks nachzuweisen, wurden darüber hinaus auch Modellversuche in größerem Maßstab durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Modellversuche wurden im Hinblick auf die Wasseraufnahme und das Spannungs-Verformungsverhalten mit Hilfe numerischer Berechnungen mit den finite Element Programmen FEST 03 und HYDOPO interpretiert. Die Untersuchungen zeigen gute Übereinstimmungen zwischen Versuchs- und Berechnungsergebnissen. Die numerischen Modelle sind somit geeignet, das Verhalten von Abdichtungsbauwerken aus hochverdichtetem Bentonit zutreffend zu beschreiben. RÉSUMÉ: Une possibilité pour fermer un dépôt final de déchets radioactifs dans sel gemme est la construction d'un étanchement de coupe transversale, fabriqué de bentonite fortement compacté. Pour étudier le comportement de gonflement de bentonite fortement compacté, de nombreux essais en laboratoire ont été exécutés. En outre, des essais sur modèle sur une plus grande échelle ont aussi été exécutes afin de prouver le développement d'une pression de gonflement à peu près homogène et isotrope. Les résultats de ces essais sur modèle étaient interprétés en vue de l'absorption d'eau et du comportement contraintes-déformations par le moyen de calculs numériques avec les programmes d'éléments finis FEST03 et HYDOPO. Les études montrent de bonnes conformités entre des résultats d'essai et de calcul. Les modèles numériques sont ainsi capables de décrire justement le comportement d'ouvrages d'étanchement fabriqués de bentonite fortement compacté.

Jan 1, 2003

By J. P. Harrison, J. A. Hudson.

ABSTRACT: When considering the rock stress component of rock mechanics design, the basic procedure is to consider the pre-existing stress-state in the rock mass and then estimate the disturbance to this stress state as a result of engineering excavation. Failure criteria are applied to the final stress state to establish whether failure will occur. However, during the evolution of the stress state, the failure locus may be reached before the anticipated failure state and, in this case, failure will occur unexpectedly. This indicates that the complete stress path (defined as the variations in magnitudes and orientations of the stress tensor components resulting from engineering-induced or natural changes) must be considered. We list a set of stress path principles with their corollaries and then introduce a new and powerful method for simultaneously illustrating changes in the six independent components of the stress tensor. This method plots the magnitudes of the principal stresses above their orientational paths on the hemispherical projection, to provide a three-dimensional stress path locus for each of the three principal stress components. In connection with this presentational device, we illustrate a number of concepts associated with the stress path in rock engineering. For example, we show how the minor principal stress approaches zero at an unsupported excavation face, the interchange of the trajectories of two principal stresses when their magnitudes become equal, and the influence of the bounds on the principal stresses given by strength criteria. RESUME: Si on s’interesse à la composante “contrainte” lors d’un dimensionnement en mécanique des roches, la méthode de base consiste à considérer l’état de contrainte pré-existant dans le massif rocheux, puis d’estimer la perturbation à cet état générée par l’excavation projetée. Des critères de rupture sont appliqués à l’état de contrainte final pour établir si une rupture va se produire. Cependant, lors de l’évolution de l’état de contrainte, la surface critique peut être atteinte ce qui provoquera une rupture anticipée et, dans ce cas, cette dernière sera inattendue. Cela indique que le chemin de contrainte complet (défini par les variations de l’intensité et de l’orientation des composantes du tenseur des contraintes liées à des causes anthropiques ou naturelles) doit être pris en compte. Nous présentons un ensemble de règles pour les chemins de contraintes ainsi que leurs corollaires et, ensuite, nous introduisons une méthode, nouvelle et puissante, pour présenter simultannement les changements des six composantes du tenseur des contraintes. Cette méthode consiste à tracer l’intensité des contraintes principales sur le chemin d’orientation des contraintes à l’aide d’une projection hémisphérique afin d’obtenir le lieu, en trois dimensions, de chaque contrainte principale. En relation avec cet outil de représentation, nous illustrons certains concepts associés au chemin de contrainte en ingénierie au rocher. Par exemple, nous montrons comment la contrainte mineure tend vers zero à la surface d’une excavation sans soutenement, le changement de direction des deux contraintes principales quand leur intensité deviennent égales, et l’influence des conditions aux limites sur les contraintes fournies par un critère de rupture. ZUSAMMENFASSUNG: Bei ingenieurmassigen Taetigkeiten in Felsgesteinen ist es noetig die ungestoerten Gesteins Stress Componenten, die vor einem anthropogen Eingriff im Gestein vorhanden waren, zu kennen und erst dann Vorhersagen ueber Stoerung des Stress Zustandes, der durch einen ingenieurmaessigen Eingriff hervorgerufen wird, herzuleiten. Kriterien fuer das Versagen werden im letzten Stadium, des Stress Zustandes angewendet, um zu erfahren ob ein Versagen wohl eintreten wird. Es ist jedoch zu beachten, dass waehrend des Stress Aufbaus ein oertliches Versagen eintreten kann, welches vor dem eigentlichen, erwarteten Versagens Zustand auftritt. Diese Moeglichkeit weist darauf hin, dass der gesammte “Stress Path” (definiert durch die Variationen der Stress Tensor Komponenten in Richtung und Groesse, hervorgerufen durch ingenieurmaessig hervorgerufene oder natuerlich Vorgaenge) betrachtet werden muss. Wir fuehren eine Liste der “Stress Path” Prinzipien auf und stellen dann eine neue und wirksame Methode zur gleichzeitigen Darstellung der sechs unabhaegigen Komponenten des Stress Tensors vor. Diese Methode stellt die Groesse der “Principal Stresses” in Abhaengigkeit von ihrem rauemlichen Weg auf einer hemispherischen Projektion dar und erlaubt hiermit eine drei dimensionale Darstellung fuer jeden Ort des “Stress Path’s” in die drei Haupt Stress Komponenten. Im Zusammenhang mit der hier gegebenen Darstellungsart, verdeutlichen wir eine Reihe von Konzepten in der Felsmechanik. Wir zeigen zum Beispiel, wie der “Minor Principal Stress” Null zustrebt an einer Wand von einer nicht abgestuetzten Ausschachtung, den Austausch von Trajektorien zweier “Principal Stresses” wenn ihre Groessen sich gleichen, und den Einfluss der Groesse von “Principal Stresses” bei gegebenen Kriterien des Festgkeits Versagens.

Jan 1, 2003

By S. Fletcher, C. Calle, K. Constanti-Carey, R. Ruzbacky, M. D. Horne

Laboratory test-work has established that two classes of redox catalysts based on anthraquinone and bipyridinium derivatives are effective in accelerating the rate of removal of metallic iron from reduced ilmenite (RI) in the aeration step of the Becher process. Two water-soluble anthraquinone derivatives are efficient: 9,10-anthraquinone-2,6-disulfonicacid, disodium salt (catalyst AQ-2,6) and 9,10-anthraquinone-2-sulfonic acid, monosodium salt(catalyst AQ-2). When 0.2 per cent w/v of either was added during aeration the rate of metalliciron removal was accelerated by two to three times. Furthermore, the addition of either compound resulted in magnetite (Fe3O4), the iron oxide phase preferred in commercial practice, being formed. However, both AQ-2,6 and AQ-2 were rapidly lost from solution during aeration although their catalytic activities persisted even when their concentrations in solution were low(<0.05 per cent w/v). The negatively charged anthraquinones were lost from solution most probably by adsorption onto the magnetite that has a net positive charge at the pH values encountered during aeration. To address this problem, the catalytic activities of positively charged bipryridinium derivatives were tested. Two water-soluble bipyridinium compounds, paraquat (1,1’-dimethyl-4,4’-bipyridinium dichloride) and diquat (6,7 dihydrodipyrido [1,2-a:2’,1’-c] pyrazinediiumdibromide), were found to significantly accelerate the rate of removal of metallic iron from reduced ilmenite, and both gave magnetite as the oxide product in the laboratory tests. Moreover, recycle tests showed they were not lost from solution as quickly as were the anthraquinone derivatives. Results in larger scale plant laboratory reactors also showed a significant increase in aerationrates when diquat was added and magnetite was again the oxide formed. However, the oxygensupply to the reactors was insufficient to achieve the maximum effect of the catalysts on theaeration rates. The limited supply of oxygen in a full scale aerator may prevent the application ofthe catalysts in a commercial Becher operation. Keywords: Becher process, aeration, anthraquinone, bipyridinium, redox catalyst, reduced ilmenite

Jan 1, 2003

By R. Katzenbach, M. Vogler, U. Adamietz

Abstract The design of deep excavation pits in rock mass is dependent as well on the mechanical properties of the rock mass as for example the orientation and the type of discontinuities like bedding planes, joints and fissures, the length of the discontinuities (persistence), the grade of weathering, the strength of rock mass, and the shear strength in the discontinuities, etc., and also on the respective boundary conditions specific for the project, and here especially the geometrical boundary conditions. The basic mutual influences and interactions between these boundary conditions are explained and exemplary presented at an excavation pit with a depth of 18,5 m, situated at a slope with a surface near groundwater table. Résumé La planification des excavations profondes dépend aussi bien de la qualité mécanique du roc, par exemple la location de la texture de la surface de moindre résistance, le degré de rupture, le degré de décomposition, la dureté du roc et la résistance limitée au cisaillement de la texture de la surface de moindre résistance que des conditions limitées spécifiques pour le projet, ici en particulier des conditions limitées géométriques. Les influences et interactions essentielles et mutuelles entre les conditions limitées isolées seront expliquées et présentées à l’aide d’une excavation 18,5 m de profondeur, située sur une pente où le niveau des eaux souterraines est près de la surface. Kurzfassung Die Planung tiefer Baugruben im Fels hängt sowohl von den mechanischen Eigenschaften des Fels wie z.B. der räumlichen Lage des Trennflächengefüges, dem Durchtrennungsgrad, dem Verwitterungsgrad, der Gesteinsfestigkeit sowie der Scherfestigkeit des Trennflächengefüges als auch von den projektspezifischen Randbedingungen hier insbesondere von den geometrischen Randbedingungen ab. Die wesentlichen gegenseitigen Einflüsse und Interaktionen zwischen den einzelnen Randbedingungen werden aufgezeigt und an einer 18,5 m tiefen Baugrube in Hanglage mit oberflächennahem Grundwasser vorgestellt.

Jan 1, 2003

By C. A. Garzonio, A. M. G. Affuso

The paper describes the analyses and the tests carried out on representative slabs of white Carrara marble which have highlighted the correlation between the micro fabrics and physical and mechanical parameters. The aim is to determine the conditions which indicate the triggering and evolution of the deformation phenomena. La note écrit l’analyse et les epreuves effectuée sur un echantillon représentatif de nombreuses dalles en marbrede Carrara. Les études montrent la correlation entre la minéralogie et les paramètres physiques et mecaniques. Le but est déterminer les conditions qui indiquent l’amorçage et l’evolutions des phénomènes de déformation. Diese Arbeit gibt eine Beschreibung der experimentalen Untersuchungen und der Analysen über die Marmorplatten von Carrara. Daraus resultiert, dass die Charakterisierung der Mineralogie und die Porosität der Gesteinsmaterialien die physikalische mechanische Degradation beurteilen und die Krümmungen bestimmen.

Jan 1, 2003

By P. H. S. W. Kulatilake, B. Malama

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.

Jan 1, 2003

A comprehensive review of ore pass records, from ten Quebec underground mines, indicated some of the limitations of available design tools to predict the occurrence of ore pass interlocking hang-ups in metal mines. The Distinct Element Method was used to perform a series of numerical experiments in order to investigate the influence of ore pass geometry, rock fragments shape and size distribution on material flow in an ore pass. Guidelines have been developed to help limit the occurrence of interlocking hang-ups in an ore pass. The proposed guidelines were evaluated with respect to field observations. Ein kompletter Bericht der Erzrollezeichnungen, von 10 Quebec unterirdischen Gruben, hat einige der Beschränkungen der vorhandenen Designwerkzeuge angezeigt, um das Auftreten Erzrolle der blockierenhang-ups in den Metallgruben genau vorauszusagen. Eine Reihe numerische Experimente mit der eindeutigen Element-Methode, wurden aufgenommen, um den Einfluss von Erzrollegeometrie, Partikelform nachzuforschen und Felsenkorngrößenverteilungen auf Materialfluss in ein Erz überschreiten. Dieses hat zu die Entwicklung der Richtlinien geführt deren Implementierung das Auftreten der blockierenhang-ups in eine Erzrolle begrenzen sollte. Die vorgeschlagenen Richtlinien wurden in Bezug auf Labor- und Feldbeobachtungen ausgewertet. Une revue de la performance actuelle des cheminées à minerai dans 10 mines souterraines du Québec a indiqué les limites des outils de conception servant à dimensionner les cheminées pour minimiser le nombre d’accrochages par enchevêtrement rocheux. Des séries de modélisations numériques, utilisant la méthode des éléments distincts, ont été réalisées afin d’évaluer l’influence de la géométrie des cheminées, de la forme des fragments rocheux et de la distribution granulométrique sur l’écoulement du matériel dans les cheminées. Cet exercice a permis de développer des lignes directrices pour le dimensionnement des cheminées afin de limiter l’occurrence d’accrochage par enchevêtrement rocheux. Les lignes directrices proposées ont été évaluées en fonction des observations effectuées sur le terrain.

Jan 1, 2003

By S. Heukelman

Zinc or, a zinc refinery in South Africa, uses oxygen enrichment of up to 26% O2 in its fluidizing air to increase concentrate-throughput in its fluidized bed roasters. The aim of the study is to determine whether O2 enrichment can be reduced by introducing micro-pelletized concentrate into the feed blend, while maintaining concentrate throughput rates and calcine quality. A laboratory scale fluidized roaster was used to determine the strength and oxidation kinetics of suitable micro-pellets. The strength of the pellets was determined by the extent of attrition during roasting. It was found that micro-pelletization decreases the fines in the feed to the roasters; the ?500 µm fraction decreased from 87% to 10%. The micro-pelletized particles do break down during roasting, which increases the -500 µm fraction to 31%. The general morphologies of the roasted particles are similar to those found by previous workers. Micro-pelletized concentrate particles require more time than non-pelletized concentrate particles to oxidize in the roasting step, although this is less than the mean residence time of the Zincor roasters. Roasting micro-pellets in O2-enriched fluidizing air increased the reaction rate.

Jan 1, 2011

By S. Wakita, K. Aoki, Y. Mito, K. Date

It is of great importance to prevent a leakage of hazardous substances from underground storage plants, because this certainly leads to a fatal disaster for human societies. Therefore, effective grouting system needs to be developed, which can inject cement grout into low-permeable rock masses. Authors have carried out a series of laboratory injection tests using a fracture model and field tests in low-permeable rock masses. In these tests, not only was the superiority of dynamic grouting confirmed, but also the relationship between grouting-efficiency and injection parameters was investigated. In this paper, the results of laboratory injection tests and field tests together with theoretical approaches to them are mentioned. L’empêchement de la fuite des substances dangereuses des galeries de stockage est un traitement très important pour protéger la société humaine contre la comtamination catastrophique. Par conséquent, un procédé d’injection efficace doit être mis au point, qui peut injecter du coulis de ciment dans le rocher ayant une perméabilité basse. Les auteurs ont effectué une série d&apos;essais d&apos;injection en laboratoire en utilisant un modèle de rupture et d&apos;essais sur le terrain dans le rocher ayant une perméabilité basse. Dans ces essais, était non seulement la supériorité du l’injection dynamique confirmée, mais aussi le rapport entre l’efficacité de l’injection et les paramètres d&apos;injection a été étudié. Dans cet article, les résultats des essais d&apos;injection en laboratoire et des essais sur le terrain ainsi que les méthodes théoriques pour les essais sont mentionnés. Es ist wichtig, Durchsickerns gefährlicher Substanzen aus unterirdischen Lagerstellen zu verhindern, weil dies für die menschliche Gesellschaft unter Umständen zu verheerenden Unfällen führen kann. Daher muß ein effizientes VerfugesSystem entwickelt werden, welches erlaubt den Mörtelschlamm in wenig durchlässige Felsenmassen einzuspritzen. Die Autoren haben eine Serie von Laboreinspritzungsversuchen mit einem Bruchmodell und Feldversuche an wenig durchlässigen Felsenmassen durchgeführt. Diese Versuche zeigten nicht nur die Überlegenheit des dynamischen Verfugens, sondern wurde dabei auch das Verhältnis zwischen Verfugen und Leistungsfähigkeit sowie den Einspritzungparametern untersucht. In dieser Studie werden die Ergebnisse der Laboreinspritzungtests und die Feldversuche zusammen mit den entsprechenden theoretischen Ansätzen erläutert.

Jan 1, 2003

By R. Armstrong

The stability of rock slopes is significantly influenced by their curvature in plan view. The importance of this in open pit mining is indicated by the fact that, in a deep pit, steepening of the slopes by 1° may save as much as $100 million. It is considered that there are two significant factors that play a part in the influence of plan curvature. These two factors are the effect of stress, and the effect of geological structure. The scant literature that pertains to this aspect of rock slope design was reviewed. The geometrical influence of the plan curvature was then investigated. It was seen that it has a parabolic effect on the maximum possible wedge that can fail into a circular pit, where the tighter the concave curvature the smaller the wedge. The plan curvature also affects the volume of a particular wedge, where concave slopes result in an exponential decrease in the volumes and convex slopes have exponentially increased wedge volumes. A change in the strike of the wedge did not affect the curvature’s influence on the volume, but the volumes of shallower dipping wedges were affected more by the influence of the plan curvature. La stabilité des talus des roches est très influence par la courbure de celles ci dans la vue en plan.Son importance de l peut arriver à sauver même $100 millions. Il est considère qu il y a deux facteurs importants qui jouent une influence sur cette courbure. Il s’agit de l’effet des contraintes et l’effet de la structure géologique. La brève littérature qui se réfère à cet aspect du conception sur le talus des roches a été revue. L’influence géométrique de la courbure des plans a été investiguée. Il a été vu que cela un effet parabolique sur la bosse ou le su relèvement maximum possible qui peut faillir dans un puits circulaire, ou le plus resserre est la courbure concave, le plus petit est su relèvement (bosse). La courbure plane aussi affecte le volume d’un particulier su relèvement ou les talus concaves résultent dans une décroissance exponentielle en volume alors que les talus convexes accroissent la volume de ces su relèvements (bosse). Le changement de l’orientation de la bosse (su relèvement) perpendiculairement ou obliquement n’ a par affecte l’influence de al courbure sur le volume mais les volumes des bosse (su relèvement) peu profonds étaient affectes par la courbure des plans. Die Stabilität der Felsensteigungen wird erheblich durch ihre Biegung im Plan beeinflußt. Der Wert von diesem in der Tagebaugrube wird durch die diese Tatsache, in einer tiefen Grube, steepening der Steigungen durch 1° angezeigt; kann soviel wie $100 Million speichern. Es wird betrachtet, daß es zwei bedeutende Faktoren gibt, die eine Rolle im Einfluß der Planbiegung spielen. Diese zwei Faktoren sind der Effekt des Druckes und der Effekt der geologischen Struktur. Die dürftige Literatur, die diesen Aspekt des Felsensteigungdesigns betrifft, wurde wiederholt. Der geometrische Einfluß der Planbiegung wurde dann nachgeforscht. Es wurde gesehen, daß es einen Parabolischen Effekt auf dem maximalen möglichen Keil hat, der in eine kreisförmige Grube ausfallen kann, wo, das fester die konkave Biegung, das kleiner der Keil. Die Planbiegung beeinflußt auch das Volumen eines bestimmten Keils, in dem konkave Steigungen eine exponentiale Abnahme an den Volumen ergeben und konvexe Steigungen exponential Keilvolumen erhöht haben. Eine Änderung im Schlag des Keils beeinflußte nicht den Einfluß der Biegung auf das Volumen, aber den Volu

Jan 1, 2003

By M. Hakala, P. Tolppanen

A method to predict stress-induced failures around excavations based on the mapped geological and rock mechanical information is studied. Totally of 7 km of newly excavated tunnels are mapped in the Inmet’s Pyhäsalmi mine in Finland at depth between 1000 - 1440 m from which the results and conclusions from the firstly mapped 1.7 km of tunnels are reported. The main rock type at the site is very hard volcanite having uniaxial compressive strength of 230 MPa in median and GSI-value 72 - 80. The maximum in situ stress around the tunnels is 65 - 85 MPa. The prediction of observed stress failures was preceded by comparing elastic 3-D simulation results of tunnels with three statistical yield criteria. Read’s or Hoek & Brown’s yielding criteria are found the most relevant, though, the effect of anisotropy was found to be significant. The most important parameters having a correlation with stress failures are the tunnel orientation and the foliation of rock. Also, the rock type and its strength, tunnel shape and the geological anomalies have their effects. Further, a delay time on mapping was found to clearly diminishing of the most violent failures. Une méthode de prédiction des contraintes à la rupture autour d&apos;excavation, établie sur la base de cartographie géologique et d&apos;information sur la mécanique des roches, à été étudiée. Au total, 7 km d&apos;un tunnel nouvellement percé à une profondeur de 1000 à 1400 m ont été cartographiés dans la mine de Inmet’s Pyhäsalmi en Finlande. La roche principale du site est une vulcanite dur ayant une résistance à la compression uniaxiale de 230 MPa (valeur moyenne) et une valeur GSI de 72 - 80. La contrainte in situ maximale autour du tunnel se situe entre 65 et 85 MPa. La prédiction des contraintes à la rupture observées a été évaluée en comparant les résultats d&apos;une simulation 3D d&apos;un tunnel avec trois critères de limite d&apos;élasticité statistiques. Le critère de limite d&apos;élasticité de Read ou de Hoek & Brown’s se trouvent être les plus important, même si les effets de l&apos;anisotropie sont significatifs. Les paramètres les plus importants ayant une corrélation avec la rupture sont l&apos;orientation du tunnel et la foliation de la roche. De plus, le type de roche et sa résistance à la compression, la forme du tunnel et les anomalies géologiques ont aussi leur importance. Finalement, un délai dans la cartographie résulte en une diminution nette des ruptures violentes. Basierend auf kartierten geologischen und felsmechanischen Informationen, wird eine Methode untersucht, um spannngsbedingtes Versagen um Ausbrüche herum vorherzusagen. Insgesamt werden 7 km neu ausgebrochenen Tunnels in einer Tiefe zwischen 1000 und 1400 m in der Inmet Pyhäsalmin Mine in Finnland kartiert. Das hauptsächlich vorkommende Gestein ist sehr hart und vulkanischen Ursprungs mit einer mittleren einachsialen Druckfestigkeit von 230 MPa (Medianwert) und einem GSI-Wert von 72-80. Die maximale In-situ-Spannung im Tunnel beträgt 65-85 MPa. Die Vorhersage von beobachteten Spannungsversagen werden weitergeführt indem man elastische 3-D-Simulationsergebnisse von Tunneln mit drei statistischen Fliesskriterien vergleicht. Read&apos;s oder Hoek&apos;s Fliesskriteria werden dabei als die relevantesten Kriterien angesehen, obwohl auch der Effekt der Anisotropie als wesentlich erachtet wird. Die wichtigsten Parameter für eine Korrelation von Spannungsversagen sind die Orientierung des Tunnels und die Schieferung der Gesteinsschichten. Desweiteren haben Gesteinsart, Tunnelprofil und geologische Anomalien ihren Einfluss. Ausserdem zeigt sich, dass eine Verzögerung bei der Kartierung die ausgeprägtesten Versagen deutlich verringern.

Jan 1, 2003

By A. Bouvard, N. Hoteit, E. Boidy, F. Pellet

In the context of the construction of an Underground Research Laboratory devoted to the feasibility studies of radioactive waste deposits, it appears of the utmost importance to study the long-term behaviour of rock, over a long time period. In this paper, some results of tests performed on the argillite from the Meuse-Haute-Marne site test in Eastern France are presented. Then a numerical simulation of one of this test using the viscoplastic damaging constitutive law proposed by Lemaitre is presented. Finally, this law is used to simulate numerically the behaviour of the rock at the wall of a circular tunnel in order to determine the extension and the change along the time of the Excavated Damaged Zone (EDZ). Advantages and limitations of the model are discussed. Dans le cadre de la réalisation d’un laboratoire de recherche souterrain conçu pour étudier la faisabilité d’installations de stockage de déchets radioactifs, il apparaît fondamental de caractériser non seulement le comportement viscoplastique à très long terme des matériaux mais aussi les phénomènes d’endommagement consécutif à la redistribution de contraintes provoquées par l’excavation des cavités. On présente ici les résultats d’essais réalisés sur les argilites du site de Meuse/Haute-Marne et destinés à caractériser leur comportement visco-endommageable. Il est ensuite procédé à une application de la loi viscoplastique endommageable de Lemaitre pour simuler l&apos;un de ces tests. Les apports et les limites d&apos;un tel modèle sont mis en évidence par des simulations numériques du comportement de la roche au pourtour d&apos;une galerie circulaire permettant de suivre l’évolution au cours du temps de la zone endommagée (EDZ) à la paroi . Im Rahmen des Baus eines unterirdischen Forschungslabors für die Untersuchung der Machbarkeit von Deponien für radioaktive Abfälle erweist es sich als äußerst wichtig, das langfristige Verhalten von Gestein über einen langen Zeitraum zu untersuchen. Im vorliegenden Artikel werden einige Ergebnisse von Untersuchungen vorgestellt, die mit Tonschiefer aus der Meuse-Haute-Marne in Frankreich durchgeführt wurden. Anschließend wird eine numerische Simulation der Untersuchungen unter Verwendung des von Lemaitre vorgeschlagenen viskoplastischen Verformungsgesetzes vorgestellt. Schließlich wird dieses Gesetz auf die numerische Simulation eines Kreistunnels angewandt, um die Ausdehnung und die zeitliche Entwicklung der Auflockerungszone (EDZ) zu bestimmen. Es werden die Vorteile und Grenzen des Modells diskutiert.

Jan 1, 2003