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By K. Thuro, R. J. Plinninger

ABSTRACT: Determining tunnel stability is a key issue during preliminary site investigation. In contrast, problems of excavatability have been largely ignored. While the choice of an economic tunnelling method is admittedly a clear priority in the planning stage, special investigations focus-sing on rock fragmentation (e.g. drilling or cutting performance, rock mass blastability or tool wear) are rarely carried out. This paper explores possibilities to quantify key parameters for rock mass excavatability in drilling, blasting and cutting by TBMs and roadheaders. RÉSUMÉE: La détermination de la stabilité du tunnel est une question clé lors des études prélimi-naires. En revanche, les problèmes d'excavabilité sont souvent en grande partie ignorés. Tandis que le choix d'une méthode de percement économique est évidemment une priorité claire dans l'étape de planification, des investigations spéciales se concentrant sur la fragmentation de la roche (par exemple le comportement de la roche au forage, à l’excavation ou au dynamitage et l’usure des outil) sont rarement effectuées. Cet article explore les possibilités pour quantifier les paramè-tres clé de la roche lors d’excavation par forage, dynamitage, au tunnelier (TBMs) ou à l’excavatrice. ZUSAMMENFASSUNG: Beim Tunnelbau wir meist die Vorhersage der Stabilität des ausgebrochenen Hohlraums als Schlüsselfragestellung betrachtet. Im Gegensatz dazu werden Probleme der Gebirgslösung weitgehend ignoriert. Während der Wahl einer wirtschaftlichen Vortriebsmethode während der Planungsphase meist noch eine gewisse Priorität beigemessen wird, werden spezielle Untersuchungen zur Gebirgslösung (Bohr- oder Schneidbarkeit, Sprengbarkeit oder Werkzeugverbrauch) nur sehr selten durchgeführt. Diese Publikation zeigt Möglichkeiten der Quantifizierung von Schlüsselparametern für die Gebirgslösbarkeit auf, also der Bohr- und Sprengbarkeit, der Fräsbarkeit mit Teilschnittmaschinen und der Schneidbarkeit mit TBMs.

Jan 1, 2003

By D. R. Tesarik, F. M. Jones, J. B. Seymour

As part of safety and stability studies at three underground mines in the United States, researchers installed earth pressure cells and embedment strain gauges in cemented rockfill to measure stress and strain changes as mining progressed and the rockfill was loaded. Data from these instruments were used to calculate the in situ modulus of the rockfill for two of the mines. A three-dimensional numerical model of a cemented rockfill cap was validated with data from extensometers anchored in the mine roof and sill; this model was then used to estimate deformation modulus at the third mine because the earth pressure cells and embedment strain gauges recorded negligible changes. Rockfill binder used at these mines ranged from 4 to 8 per cent of the dry components by weight, the water-to-cement ratio was from 0.42 to1.0, and the largest aggregate size in the three mixes ranged from 5 to12 cm (2 to 4.7 in). The range of the calculated in situ deformation modulus values was large, but as expected, it was bracketed by modulus values for cemented tailings and roller-compacted concrete with similar cement contents and water-to-cement ratios. Dans le cadre d’études sur la sécurité et la stabilité de trois mines souterraines situées aux États-Unis, les chercheurs ont installé des palpeurs de pression des terres et des extensomètres d’encastrement dans les remblais cimentés afin de mesurer les variations relatives à l’effort et à la déformation des terrains durant l’exploitation minière et le chargement du remblai. Les données recueillies à l’aide de ces instruments ont servi au calcul du module in situ du remblai dans deux de ces mines. Le modèle numérique tridimensionnel de la semelle d’un remblai cimenté a été validé à partir des données recueillies par les extensomètres ancrés dans la voûte et dans la semelle de ces mines; ce modèle a ensuite été utilisé pour estimer le module de déformation à la troisième mine, étant donné que les palpeurs de pression des terres et les tensiomètres enfouis avaient relevés des variations négligeables. La matière d’agrégation de l’enrochement utilisée dans ces mines comportait entre 4 % et 8 % des composantes sèches par poids; le rapport eau-ciment se situait entre 0,42 et 1,0; et la taille des agrégats les plus gros dans ces trois mélanges était de 5 cm à 12 cm (2 po à 4,7 po). L’écart entre les valeurs calculées des modules de déformation in situ était grand, mais comme on s’y attendait, cet écart a été compensé par les valeurs modulaires des résidus cimentés et du béton tassé au rouleau avec des teneurs en ciment et des rapports eau-ciment semblables. Als Teil der Sicherheits- und Stabilitätsstudien an drei Bergwerken in den Vereinigten Staaten von Amerika installierten Forscher Erddruckgeber und Einbindungsdehnungsmesser in zementierter Steinschüttung, um Spannungs- und Dehnungsveränderungen während der fortlaufenden Bergarbeiten und der Belastung der Steinschüttung zu messen. Daten von diesen Instrumenten wurden dazu verwendet, das In-Situ-Modul der Steinschüt-ung für zwei Gruben zu berechnen. Ein dreidimensionales numerisches Modell einer zementierten Steinschüttungsschwelle wurde mit den Daten von den im Grubendach und in der Schwelle verankerten Extensometern validiert; dieses Modell wurde dann dazu eingesetzt, um das Deformationsmodul in der dritten Grube zu schätzen, da die Erddruckgeber und Einbindungsdehnungsmesser nur geringfügige Messabweichungen feststellten. Das in diesen Gruben verwendete Steinschüttungsbindemittel variierte zwischen vier und acht Prozent an Trockenkomponenten nach Gewicht, der Wasser-Zementfaktor betrug zwischen 0,42 und 1,0 und die größte Zuschlagstoff-größe in den drei Mischungen schwankte zwischen fünf und zwölf Zentimetern. Die Reichweite der berechneten Werte des In-Situ-Deformationsmoduls fiel etwas breit aus, aber es fand erwartungsgemäß eine Klammerung der Modulwerte zwischen den Zemen-trückständen und dem durch Walzen verdichteten Beton mit ähnlichem Zementanteil und Wasser-Zementfaktor statt.

Jan 1, 2003

By C. E. Fivaz

SYNOPSIS Tribute is paid to J.S. MacArthur and the Forrest brothers for their invention. The opinion is expressed that the successful application of their process, not only saved the gold-mining industry on the Witwatersrand from stag¬nation for an indefinite but probably prolonged period, but also made a major contribution to the economic growth of the country in the twentieth century. A background is given of the activities of prominent chemists who researched the solubility of gold in cyanide solution prior to the MacArthur-Forrest invention. An account is given of the invention and patenting of the cyanidation process, and of the golden rule that the patentees laid down for themselves, which came close to wrecking the invention. The South African gold-mining scene from the discovery of gold on the Witwatersrand in 1886 up to 1890 is sketched. An account is given of how, when unoxidized ores were first encountered, the recovery efficiency dropped alarmingly, gold shares were sold on an unprecedented scale, and doom and despondency seized the town of Johannesburg. The complete turnabout in the fortunes of the South African gold-mining industry after the introduction of the cyanidation process in 1890, the steady rate of increase in production after the Anglo-Boer War, and its effect on the South African economy are described. A brief look is taken at the effect of gold mining on secondary industry. The deportment of the gold that is not dissolved from the ore by the cyanidation process is illustrated. Some thoughts are expressed on what can be done to increase the gold recovered by cyanidation.

Jan 1, 1988

By W. Wittke

SUMMARY: Geotechnical problems often lead to an increase of construction time and costs for large highway and railway projects. Some reasons, which have led to failures and thus to a delay of construction works as well as to increasing costs, are demonstrated by means of case histories, in which the author was involved as expert or planner. Proposals are made how to identify the reasons and to avoid repetitions. ZUSAMMENFASSUNG: Bei Großprojekten der Verkehrsinfrastruktur stehen häufig geotechnische Aufgabenstellungen im Vordergrund. Wegen geotechnischer Probleme kam und kommt es häufig zu Termin- und Kostenüberschreitungen. Anhand einiger Beispiele, bei denen der Autor als Gutachter und Planer beteiligt war, wird gezeigt, welche Ursachen zu Schadensfällen und damit auch zu Termin- und Kostenüberschreitungen geführt haben. Es werden Hinweise und Anregungen gegeben, wie die Ursachen erkannt und Wiederholungen von Schadensfällen vermieden werden können. RÉSUMÉ: À grands projets de l'infrastructure de la circulation, souvent des tâches géotechniques sont au premier plan. Par suite de problèmes géotechniques, souvent des dates et frais ont été dépassés. Au moyen de quelques exemples, à lesquels l'auteur participait comme expert et planificateur, les causes sont mises en vue qui menaient à des cas de dommage et par cela aussi à des dépassements de dates et frais. Des indications et suggestions sont données pour s'apercevoir des causes et éviter des répétitions de cas de dommages.

Jan 1, 2003

By D. -H. Park, G. -j. Kim, Y. -J. Park, C. -S. Hong, S. -Y. Choo

To evaluate the quantitative tunnel behavior influenced by characteristics of discontinuity, this pa-per executes the parametric study using 2 and 3-dimensional DEM analysis. First of all, this study finds that displacement and the stress of shortcrete are proportioned to frequency of joint and rockbolt axial force is adversely proportioned too. Secondly, it is found that the most sensitive in-put parameter used in Barton-Bandis(BB) model is residual friction angle. Finally, when joint sets are encountered at tunnel excavation face, to identify the most critical joint orientation is very crucial for a stability of tunnel. La thèse a pour but d’étudier les influences sur la stabilité du tunnel, au niveau du réseau de la discontinuité et de la valeur de sa nature aquis par le projet récemment exécuté en vue de mener à l’analyse quantitative de cette stabilité, en appliquant chaque différent paramètre comme la fréquence de diaclase, la constante de résistance des modèles de Barton-Bandis(BB) ainsi que la relation entre le sens d’excavation du tunnel et le réseau de diaclase en 3 dimensions. En fait, cette étude nous a montré que la fréquence de diaclase s’accroît proportionnellement au déplacement et à la contrainte du béton projeté. L’angle de friction résiduel s’est montré le plus sensible à la stabilité du tunnel parmi les modèles de BB. Aussi à travers l’analyse à 3 dimensions, il s’est vérifié que si l’angle de pente du groupe de diaclase est horizontal entre l’axe du tunnel et la direction, il donne une influence importante sur le comportement du tunnel. En particulier, l’influence était la plus importante sur un fond rocheux dont la diaclase horizontale est grande. Um das quantitative Verhalten des Tunnels zu bewerten, eroertert dieses Papier eine parametrische Studie mit Hilfe der DEM Analyse. Auch wird hier eine zweidimensionale Analyse von Ver-bindungen verschiedener Frequenzen in der Gesteinsmasse, eine sensitive Analyse von allen der im Barton-Bandis-Modell (BB) genutzten Parameter und eine Dreidimensional-Analyse mit ver-schiedenen dreidimensionalen geometrischen Veteilungen von Verbindungen ausgefuehrt. Erstens: Die Studie findet heraus, dass Vedraengung und Druck im Shortcrete proportional zur Frequenz von Verbindungen und Axialkraft der Steinbolzen antiproportinal ist. Zweitens: Es wird herausge-funden, dass die am meisten Sensitiven der im BB-Modell angewendeten Eingaben die am Ende uebriggebliebenen Reibungswinkel sind. Und schliesslich wird herausgefunden, dass wenn Ver-bindungsteile an der Tunnelaushoelungsoberflaeche ausgemacht werden, fuer die Tunnelstabiltaet die Identifikation der meist kritischen Verbindungsorientierung sehr bedeutungsvoll.

Jan 1, 2003

By B. Amadei, F. Tonon

Rock stress measurement is cast in the more general context of the determination of boundary conditions for rock engineering. A study on the effect of elastic anisotropy on underground excavations reveals that this effect is actually controlled by the imposed boundary conditions. Applications to tunneling and to the Underground Research Laboratory (URL), Canada, exemplify a procedure for boundary condition estimation formerly developed by the authors. The procedure displayed fast convergence despite the complex geometry, and the high degree of non-linearity of the models. In the URL application, the 3-D model was able to completely reproduce the complex measured stress pattern, and the 90° rotation of the principal in situ stresses with depth. In order to reliably estimate the boundary conditions reproducing the current in situ state of stress, response measurements of the rock mass to current disturbances are necessary as input data. La mesure des contraintes in situ tombe dans le domaine général de la détermination des conditions aux limites pour les problèmes de mécanique des roches. Une étude sur le rôle de l’anisotropie élastique sur les excavations souterraines montre que ce rôle est contrôlé par les conditions aux limites qui sont imposées. L’application aux tunnels et au Laboratoire Souterrain de Recherche (URL) au Canada, nous permet de présenter une méthode de détermination des conditions aux limites. La méthode converge rapidement bien que le géométrie soit complexe et que le problème soit non-linéaire. Pour le URL, le modèle 3D est capable de reproduire la distribution des contraintes qui ont été mesurées ainsi que la rotation de 90 degrés des contraintes in situ avec la profondeur. Afin de déterminer avec précision les conditions aux limites responsables pour la distribution actuelle des contraintes, la réponse du massif rocheux doit être connue et mesurée. In der Felsentechnik sind die Spannungsmessungen in Gestein an die Bestimmung der Randbedingungen gebunden. Eine Studie legt dar, dass der Effekt elastischer Anisotropie in unterirdischen Aushoehlungen von den Randbedingungen kontrolliert ist. Eine von den Authoren entwickelte Methode zur Bestimmung der Randbedingungen wird an Beispielen im Tunnelbau und im Underground Research Laboratory (URL) in Kanada illustriert. Auch bei komplexer Geometrie und einem hohen Grad an Nicht-Linearitaet zeigt diese Methode ein schnelles Konvergenzverhalten. Ein 3D-Model und dessen 90° Drehung der lokalen Hauptspannungen mit der Tiefe, kann bei einer URL Anwendung vollstaendig reproduziert werden. Um mit dieser Methode die Randbedingungen zuverlaessig abschaetzen zu koennen, werden der gegenwaertige lokale Spannungszustand sowie die Antwort des Gesteins und die resultierenden Stoerungen als Eingabedaten benoetigt.

Jan 1, 2003

By D. Fukahori, K. Sugawara, A. Sato

X-ray Computed Tomography (CT) is a nondestructive imaging technique, and its efficiency is widely recognized. In the present paper, X-ray CT is successfully applied for the visualization of water permeation process in rock. A new experimental technique using a tracer, which mainly consists of Potassium Iodide (KI), is proposed, together with the analysis method of the velocity field. The permeation process and the velocity field in rock are concretely visualized and analyzed by considering the conservation of mass of the tracers. La tomographie calculée aux rayons X est une technique de la prise d'images non-destructive et son efficacité est largement reconnue. Dans le présent exposé, la tomographie calculée aux rayons X Radio est appliquée avec succès à la visualisation du procédé de perméation de l'eau dans la roche. Une nouvelle technique expérimentale, se servant d'un identificateur principalement constitué d'iodure de potassium (KI), est proposée avec la méthode de l'analyse du champ des vitesse. Le procédé de perméation et le champ des vitesse dans la roche sont visualisés concrètement et analysés en considérant la conservation de masse des identificateurs. Röntgen-Computer-Tomografie (CT) ist eine nicht-destruktive Bildverarbeitungstechnik, deren Effizienz weit anerkannt ist. In der vorliegenden Arbeit wird Röntgen-CT erfolgreich für die visuelle Darstellung des Wasser-Durchdringungsvorgangs im Fels eingesetzt. Eine neue experimentelle Technit mit einem Tracer, der hauptsächlich aus Kaliumiodid (KI) besteht, wird vorgeschlagen, zusammen mit der Analysemethode des Geschwindigkeitsfelds. Der Durchdringungsprozess und das Geschwindigkeitsfeld im Fels werden konkret visualisiert und analysiert, wobei die Bewahrung der Masse des Tracers berücksichtigt wird.

Jan 1, 2003

By Gernot Beer, Christian Dünser, Marcos Noronha

The main findings of the joint research initiative “Numerical Simulation in Tunnelling” and a follow-on project on efficient numerical simulation models for tunnelling are presented. Die wichtigsten Resultate des Forschungsschwerpunkts „Numerische Simulation im Tunnelbau“ und einem Folgeprojekt über effiziente numerische Simulationsmethoden werden präsentiert Les résultats les plus importants du point principal de la recherche "simulation numérique dans la construction de tunnels" et un projet consécutif sur des méthodes de simulation numériques efficaces sont présentés

Jan 1, 2003

By Marco Barla, Mariacristina Bonini, Giovanni Barla

ABSTRACT: The paper describes the characterisation studies of Tectonised Clay Shales at laboratory and in situ scale. The interest relates to tunnelling under squeezing and swelling conditions, in Italy, along the Apennines. The results of monitoring during full face excavation are presented in conjunction with numerical modelling. RESUME: Cet article présente la caractérisation, à l'échelle du laboratoire et in situ, des Argiles Chaotiques. L'attention est portée sur le creusement, dans ces milieux gonflants, des tunnels, dans les zones montagneuses des Appennini, en Italie. Enfin, on présentera les résultats de la modélisation numérique et la comparaison de ces derniers avec les mesures effectuées in situ. KURZFASSUNG: Die Arbeit beschreibt die Charakterisierungsstudien von tektonisierten Schiefertonen, sowohl im Labor als auch vor Ort. Das Interesse gilt dem Tunnelbau unter Quetsch- und Schwellbedingungen in Italien entlang der Apenninen. Die Überwachungsergebnisse des ganzflächigen Ausbruchs werden mit numerischen Modellen präsentiert.

Jan 1, 2003

By M. C. Bétournay

Strainbursts are common in overstressed brittle rock around deep mine openings. Such failures are characterized by a biaxial state of stress in the plane of the opening boundary. A zone of compressive stresses imposes initial failures near or at the surface of the opening that results in spalling of thin slabs of rock roughly parallel to the free face. While the failure of rock under biaxial loading conditions is increasingly common in deep underground mines, only a few representative laboratory studies have been reported in the literature, without emphasis on rockbursting aspects, and none in the last decade. This paper presents the results of a testing program on a granite rock type. Biaxial testing, conducted on 100 mm cubic samples, was carried out to examine the influence of lateral confinement and loading rate on the rock’s ultimate strength. The paper reports the test results in terms of normalized biaxial failure envelope s1/sc-s2/sc. A discussion of the failure mechanisms observed is presented. Les coups de toits de déformations sont choses communes dans le rock cassant surcontraint en place autour des ouvertures minières profondes. De telles ruptures sont caractérisées par un état de contraintes biaxiales dans le plan de la périphérie de l’ouverture. Une zone de contraintes compressives impose des ruptures initiales à ou près de la surface de l’ouverture, qui produit des relâchements de minces plaques de roc plus ou moins parallel à la surface. Bien que les ruptures de roc sous des conditions biaxiales sont de plus en plus communes dans les mines à grandes profondeurs, il n’y a eu que quelques études représentatives en laboratoire de publiées, sans emphase sur des aspects de coups de terrains, et aucunes publiées depuis la dernière décennie. L’article présente les résultats d’une campagne d’essais appliquée à un type de granit. La campagne d’essais biaxiaux, sur des échantillons cubiques de 100 mm, avait pour objectif d’examiner l’influence du confinement latéral et le taux de chargement sur la résistance ultime du roc. Cet article fait part des résultats en terme de l’enveloppe de rupture biaxiale normalisée s1/sc-s2/sc. Une discussion sur les mécanismes de ruptures observés est présentée. Dehnungsbrüche findet man häufig in übergespannten spröden Felsen um die Öffnung von tiefen Minen. Solche Brüche sind von einer zweiachsigen Spannung in der Ebene der Grenze der Öffnung charakterisiert. Eine Zone von Druckspannungen verursacht initiale Brüche, entweder an der Öberflache der Öffnung oder in der Nähe. Davon scheiden sich dünne Felsplatten mehr oder weniger parallele mit der freien Wand. Obwohl Felsbrüche unter zweiachsiger Beanspruchung immer mehr häufig in tiefen Minen beobachtet sind, hat man über nur einige repräsentative Laborversuche in der Literatur berichtet. Diese Studien diskutieren das Thema ohne Betonung auf Felsbrüchen, und keine sind in den letzten zehn Jahren erschienen. Die vorliegene Arbeit gibt die Ergebnisse eines Testprogramms auf einem Typ von Granitfels. Durch zweiachsige Prüfungen von kubischen Proben mit Seitenlangen von 100 mm sollte man den Einfluss von seitlicher Ermittlung und der Beanspruchungsrate auf die Bruchfestigkeit des Felsen studieren. Man findet auch die Prüfergebnisse in bezug auf das normalisierte, zweiachsige Bruchkriterium s1/sc-s2/sc. Die beobachteten Bruchmechanismen sind auch diskutiert.

Jan 1, 2003

By N. Gatelier, T. You, J. C. Kandel

ABSTRACT: Underground hydrocarbons storage is a very specific domain for the designer. He is usually free to adjust the section, shape and layout to cope with the geological and geotechnical conditions. This paper presents a panorama of the geotechnical design of mined underground storage caverns, then lists a number of uncommon features encountered in a storage excavated in Sydney, Australia, the Elgas LPG project that had to face major non-isotropic conditions with numerous local variations, impacting on the achievement of the design profiles. Changes in geotechnical design methodology and practice are examined through this project, now in operation, which will have lasted altogether almost ten years. KEY WORDS: underground storage, geotechnical engineering, stability, methodology, design. ZUSAMMENFASSUNG: Die untertaegige Speicherung von Kohlenwasserstoffen unterliegt in der Planung sehr spezifischen Bedingungen. Der planende Ingenieur hat bei der Dimensionierung und Formgebung der Speicherhohlraeume gewisse Freiheiten, muss jedoch vorgefundene geologische und geotechnische Bedingungen beruecksichtigen. Der vorliegende Beitrag gibt zunaechst einen allgemeinen Ueberblick ueber die geotechnische Planung von bergmaennisch aufgefahrenen Speicherhhohlraeumen. Darueber hinaus werden Besonderheiten betrachtet, mit denen das Elgas LPG-Speicherprojekt in einer bergmaennisch aufgefahrenen Kaverne in Sydney, Australien konfrontiert war. Hierbei ging es um die Beruecksichtigung anisotroper Bedingungen mit zusaetzlichen Heterogenitaeten im Gestein und den daraus erwachsenden Schwierigkeiten, die geplante Hohlraumform zu verwirklichen. Ueber einen Zeitraum von fast 10 Jahren, in denen das jetzt in Betrieb befindliche Projekt unterschiedliche Betriebsphasen durchlaufen hat, wurden verschiedene geotechnische Entwurfsverfahren auf ihre Anwendbarkeit geprueft. SCHLUESSELWOERTER: Untergrundspeicherung, Geotechnik, Stabilitaet, Entwurfsverfahren, Planung. RESUME : Le stockage souterrain d’hydrocarbures est un domaine très spécifique pour le concepteur, car celui-ci dispose d'une large liberté pour adapter les sections, les formes et les implantations aux conditions géologiques et géotechniques de l’environnement choisi. Après un panorama de la conception géotechnique des stockages souterrains d’hydrocarbures par la méthode dite des cavités minées, l’accent sera mis sur un certain nombre de particularités rencontrées lors du projet de stockage de GPL de Elgas à Sydney en Australie, creusé dans de très fortes conditions d’anisotropie du massif rocheux, avec de nombreuses variations locales et toutes les implications que cela peut avoir sur le maintien des formes. L’évolution des approches méthodologiques géotechniques durant la dizaine d'années de développement de ce projet depuis les premières études jusqu'à l'exploitation actuelle est également présentée. MOTS-CLEFS : stockage souterrain, géotechnique, stabilité, méthode, conception.

Jan 1, 2003

By W. Lin, H. Endo, M. Kwasniewski, A. Kamei, M. Takahashi

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.

Jan 1, 2003

By H. H. Einstein

This paper reviews how uncertainty has been dealt with over the past 40 years using the decision making cycle as a frame of reference. The review of the phases of this cycle, as applied to rockmechanics and rock engineering, namely characterization, performance analysis, updating and decision making shows that in each, progress has been made over the past 40 years, although most of the basic concepts existed already in the 1960’s. Characterization is the area in which the greatest scientific steps were taken, this phase and performance analysis also gained from the tremendously expanded computational capabilities which allow one to use both more complex and more practically oriented models. The greatest practical advance is without using any doubt in risk based decision making although its acceptance shows interesting differences between different professions. Dans l’article suivant on utilise le cycle de décision pour illustrer le développement du traitement des incertitudes en mécanique des roches et en construction en roche dans les quarante années passées. La revue des phases du cycle de décision montre qu’on a fait du progrès dans chaque phase du cycle de décision, c’est à dire dans la caractérisation, dans l’analyse et la prédiction du comportement, dans l’actualisation et dans l’acte de décision, même si les concepts fondamentaux existaient déjà dans les années 1960. Les plus grands avancements scientifiques se trouvent dans le domaine de la caractérisation tandis que l’analyse prédictive profitait du développement de l’informatique qui a mené à des modèles plus complexes mais aussi plus pratiques. Le plus grand progrès est sans doute dans le domaine de l’acte de décision sur la base des risques. Ce procédé est devenu assez commun même s’il y a encore des différences d’acceptation entre différentes professions. Im vorliegenden Artikel wird der Entscheidungszyklus gebraucht, um darzustellen wie sich derUmgang mit Unsicherheiten im Felsbau während der letzen 40 Jahre entwickelt hat. DerÜberblick über die Phasen des Entscheidungsprozesses zeigt, dass bei der Anwendung in derFelsmechanik und im Felsbau, in allen Phasen d.h. bei der Charakterisierung, bei der analytischenVorhersage, beim Aktualisieren und bei der Entscheidungsfindung Fortschritte gemacht wurden,obwohl die grundlegenden Konzepte bereits in den 1960er Jahren existierten. Im Gebiet derCharakterisierung gab es wohl die grössten wissenschaftlichen Entwicklungen, während dieanalytische Vorhersage vor allem von den Fortschritten der Informatik profitierte, welchekomplexere wie auch praktischere Modelle möglich machte. Der grösste Fortschritt ist ganz sicherin der Entscheidungsfindung zu beobachten, wo Risikobetrachtungen gang und gäbe sind, obwohlhier noch einige Unterschiede zwischen verschiedenen Berufsgattungen zu finden sind.

Jan 1, 2003

By L. I. Gonzalez de Vallejo

SRC rockmass classification have been applied to 25 tunnels in Spain and Italy, for which it was found that much heavier supports than those estimated by the RMR index were required. SRC and RMR indices and other relevant geomechanical data were obtained during the site investigation and construction stages. Data corresponding to in situ stress measurements, analysis of tectonic structures, and instability problems arising during construction were used to asses the state of stress. The relationship between tunnel section convergence and the SRC and RMR indices was also analysed. Support measurements based on SRC and RMR classification were compared with those actually used during construction. These analyses indicate that for most of the tunnels examined, supports estimated using the SRC were much closer to those actually installed than those predicted by the RMR index. Bei der Verwendung des SRC-Systems zur Klassifizierung des Gesteins als Baugrund für 25 Tunnel in Spanien und Italien wurde festgestellt, dass viel schwerere Abstützungen benötigt wurden, als wenn die Beurteilung anhand des RMR-Systems angefertigt würde. Die Klassifizierung anhand des SRC- und des RMR-Systems, sowohl als auch andere wichtige geomechanische Daten wurden während des Ablaufs der Erkundungen und der Bauausführung gewonnen. Die Resultate der Messungen der Spannungen vor Ort, die Analyse der tektonischen Struktur und die Stabilitätsprobleme während der Bauausführung wurden dazu verwendet, um den im Felsgrund vorherrschenden Spannungszustand zu definieren. Das Verhältnis der Messungen der Tunnelkonvergenz zu dem SRC- und RMR-Index wurde auch analysiert. Die durch das SRC- und RMR-System vorhergesagte Grösse der Abstützung wurde mit der Grösse der Abstützungen verglichen, die am Bau letztlich verwandt wurden. Diese Vergleiche zeigen, dass für die meisten der studierten Tunnel die Vorhersage der Abstützungen, die anhand des SRC-Systems angefertigt wurden, viel näher der wirklich verwendeten waren als die Vorhersage anhand des RMR-Systems. SRC rockmass la classification ont été appliqué à 25 tunnels en Espagne et l'Italie, pour laquelle il a été trouvé que des appuis beaucoup plus lourds que ceux évalués par l'index RMR ont été exigés. SRC et des index RMR et d'autres données geomechanical appropriées ont été obtenu pendant l'enquête de site et les étapes(scènes) de construction. Les données correspondant aux mesures de stress(d'accent) in situ, l'analyse de structures tectoniques et des problèmes d'instabilité surgissant pendant la construction ont été utilisées aux ânes(culs) l'état de stress(d'accent). Le rapport entre la convergence de section de tunnel et le SRC et les index RMR a été aussi analysé. Les mesures d'appui basées sur SRC et la classification RMR ont été comparées avec ceux en réalité utilisés pendant la construction. Ces analyses indiquent que pour la plupart des tunnels examinés, les appuis évalués utilisant le SRC étaient beaucoup plus proches de ceux en réalité installés que ceux prévus par l'index RMR.

Jan 1, 2003

By Y. Mitani, M. Zhang, M. Takeda, T. Esaki

Despite their inadequacy, assumptions of isotropy and homogeneity are often applied to the analyses of in situ permeability tests. In this paper, we exam the effects of anisotropy and heterogeneity on Pressure Pulse Test (PPT) and Constant Head Injection Test (CHIT) by means of numerical approaches. Some new findings that offer practical considerations in properly interpreting in-situ permeability tests are presented. Malgré leur manque de précision inhérente, les assomptions d'anisotropie et d'hétérogénéité sont souvent utilisées lors de test de perméabilité in situ. Dans cette étude, nous examinons les effets de l'anisotropie et de l'hétérogénéité sur le test par pression pulsée et le test à injection à charge hydraulique constante par le biais de la simulation numérique. Des nouveaux résultats permettant une interprétation pratique et claire des test de perméabilité in-situ sont présentés. Trotz ihrer inhärenten Ungeeignetheit werden häufig Annahmen über Isotropie und Homogenität auf Analysen von in-situ Permeabilitätstests angewendet. In diesem Papier untersuchen wir die Effekte von Anisotropie und Heterogenität auf Durck-Impuls-Test (PPT) und Konstant-Kopf-Einspritztest (CHIT) mit numerischen Ansätzen. Einige neue Befunde, die zu praktischen Erwägungen zur richtigen Interpretation von in-situ Permeabilitätstests führen, werden vorgestellt.

Jan 1, 2003

By A. Rejeb, A. Millard

ABSTRACT: An evaluation of the importance of the thermo-hydro-mechanical couplings (THM) on the performance assessment of a deep underground storage design has been made as part of the international DECOVALEX III project. It is a numerical study that simulates a generic repository configuration in the near field in a granite medium. The thermo-hydro-mechanical evolution of the whole configuration is simulated over a period of 100 years. The model used to represent the unsaturated behaviour of the various porous media makes allowance for moisture transfers through the effect of thermal and water gradients. The paper presents a comparison of the temperature, water pressure and stress fields obtained by TM, TH, HM and THM coupled calculations. The results demonstrate that temperature is hardly affected by the couplings. In contrast the influence of the couplings on the mechanical stresses is considerable. This is attributed to the key role that water has on bentonite swelling or shrinkage effects that are dependent on its saturation level variations. KEY WORDS: Modelling, thermo-hydro-mechanical couplings, temperature, pressure, stress. ZUSAMMENFASSUNG : Im Rahmen des internationalen Projekts DECOVALEX III wurde untersucht, wie groß der Einfluss thermisch-hydraulisch-mechanischer Kopplungen (THM) auf die Leistungsfähigkeit eines Konzeptes zur Lagerung hoch radioaktiver Abfälle zu bewerten ist. Bei dieser numerischen Behandlung wird eine generelle Lagerungskonfiguration in granitartigem Milieu simuliert. Die thermisch-hydraulisch-mechanischen Prozesse werden für eine Dauer von 100 Jahren simuliert. Bei dem Modell, mit dem das Verhalten der verschiedenen, unterschiedlich porösen Milieus in ungesättigtem Zustand dargestellt werden soll, werden die Feuchtigkeitstransporte infolge thermischer und hydraulischer Vorgänge berücksichtigt. Verglichen werden in diesem Artikel verschiedene Temperatur-, Wasserdruck- und Beanspruchungsfelder, die sich aus TM-, TH-, HM- und THM gekoppelten Berechnungen ergaben. Dabei stellte sich heraus, dass die Temperatur nur gering von den Kopplungen berührt wird. Die Einflüsse der Kopplungen auf die Mechanik sind hingegen bedeutend; ausschlaggebend dafür ist der Faktor Wasser, der den Bentonit je nach Sättigungsgrad quellen oder trocknen lässt. SCHLÜSSELWÖRTER: Modellbildung, thermisch-hydraulisch-mechanische Kopplungen, Temperatur, Druck, Beanspruchung. RESUME : Dans le cadre du projet international DECOVALEX III, une évaluation de l’importance des couplages thermo-hydro-mécaniques (THM) sur les performances d’un concept de stockage de déchets fortement radioactifs a été menée. Il s’agit d’une étude numérique simulant une configuration générique de stockage en champ proche dans un milieu granitique. L’évolution thermo-hydro-mécanique de l’ensemble est simulée sur une période de 100 ans. Le modèle utilisé pour représenter le comportement non saturé des différents milieux poreux prend en compte les transferts d’humidité sous l’effet de gradients thermiques et hydriques. L'article présente une comparaison des champs de température, de pression d’eau et de contraintes obtenues par des calculs couplés TM, TH, HM et THM. Les résultats montrent que la température est peu affectée par les couplages. En revanche, l’incidence des couplages sur la mécanique est importante; ce qui est attribué au rôle majeur joué par l’eau à travers les effets de gonflement ou de retrait de la bentonite selon la variation de son degré de saturation. MOTS-CLEFS : modélisation, couplages thermo-hydro-mécanique, température, pression, contrainte.

Jan 1, 2003

By J. Morkel

During research on mainly the weathering of kimberlite, it became evident that its mineralogical composition is an important factor in the complex process of physical and chemical disintegration. The mineralogy of tuffisitic kimberlite breccias from two localities, the Cullinan and Venetia mines, is compared with special reference to the occurrence of associated clay minerals. The clay mineral composition influences the engineering properties of these rock types. It is illustrated how the presence of swelling clay components can be confirmed by ethylene glycol treatment and chlorite minerals by heat treatment using X-ray diffraction. Smectites are present in both tuffisitic kimberlites, dominant at Venetia while chlorite is more frequent at Cullinan. More tuffisitic kimberlite breccias samples from venetia were also characterized. It was found that kimberlite disintegration is correlated with the presence and abundance of smectite.

Jan 1, 2006

By J. Muralha

The paper presents the limit equilibrium equations for the analysis of toppling blocks on a rock slope. The safety conditions are assessed by a numeric procedure implemented in an Excel worksheet. The UDEC numerical program was exploited to validate the procedure. A probabilistic model considering the spacing variability of the discontinuities was developed to define the most relevant parameters in this kind of problems. La communication presente les equations d’équilibre limite pour l’analyse de blocs rocheux sur une pente. Les conditions de securité sont évaluées par une procédure numérique en Excel. Le logiciel UDEC a été exploité pour valider cette procedure. Un modèle probabilistique a été developpé pour définir les plus importants paramètres dans ces problèmes. Das Referat stellt die Grenzgleichgewichtsgleichungen für die Analyse von umstrürzenden Blök-ken auf eines Felshang vor. Die Sicherheitsbedingungen werden durch ein numerisches Verfahren mit Excel beurteilt. Um die Gültigkeit des Verfahrens festzustellen, wurde das Programm UDEC benutzt. Ein die Klufabstandsvariabilität berücksichtigendes probabilistisches Modell wurde entwickelt, um die wichtigsten Parameter dieser Probleme zu bestimmen.

Jan 1, 2003

By G. du T. Judeel

An investigation was carried out to determine whether a numerical model could be constructed that would produce results that realistically represent actual ground deformations in and around a vertical shaft. The ground deformation was brought about by the partial extraction of the shaft pillar. A special characteristic of the rock masses, affected by the shaft pillar extraction, was that the shaft was located in poor quality rock masses. After the extraction of a portion of the shaft pillar, excessive deformations occurred at the shaft/reef intersection. Therefore, a decision was taken to extract the entire shaft pillar protecting the shaft by a proposed waste-cut across the shaft. The effects of stress and displacement on the shaft were investigated by using inelastic numerical modelling in different stages. A calibrated numerical model was constructed producing modelled results comparable to the actual displacements along the shaft. Des recherches ont été poursuivies pour déterminer si on pouvait construire un modèle numérique qui donnerait des résultats représentant avec réalisme les déformations réelles du terrain à l’intérieur et autour d’un puits vertical. La déformation du terrain était entraînée par l’extraction partielle du massif de protection. Une caractéristique spéciale des masses rocheuses, affectées par l’extraction du massif de protection, était que le puits était situé dans des masses rocheuses de qualité inférieure. Après l’extraction d’une portion du massif de protection, des déformations excessives se sont produites à l’intersection du puits avec le filon. Par conséquent, la décision a été prise d’extraire le massif de protection en entier par une coupe de déblais à travers le puits. Les effets de contraintes et décalage furent étudiés en utilisant une modélisation numérique inélastique à des stages différents. Un modèle numérique calibré fut construit, donnant des résultats modelés comparables aux décalages réels le long du puits. Eine Untersuchung wurde durchgeführt um festzustellen, ob ein numerisches Modell konstruiert werden könnte, das Resultate produzieren würde, welche realistisch aktuelle Bodendeformationen in und um einen vertikale Schacht darstellen. Die Bodendeformation resultierte teilweise aus der Extraktion des Schachtpfeiler. Eine spezielle Eigenschaft der Gesteinsmassen, beeinflußt durch die Schachtpfeilerextraktion, war, daß der Schacht in Gesteinsmassen geringer Qualität situiert war. Nach der Extraktion eines Teils der Schachtpfeiler, traten übermäßige Deformationen am Schacht/Riff Kreuzungspunkt auf. Folglich wurde die Entscheidung getroffen, die gesamten Schachtpfosten zu extrahieren und den Schacht mittels eines geplanten Verlustschnittes quer zum Schacht zu schützen. Die Auswirkungen des Druckes und der Versetzung auf den Schacht wurden unter Anwendung unelastischer numerischer Modelle in unterschiedlichen Stadien untersucht. Ein kalibriertes numerisches Modell wurde konstruiert, welches berechenete Ergebnisse mit den tatsächlichen Versetzungen entlang des Schachtes vergleicht.

Jan 1, 2003

By J. N. Van der Merwe

"A major shortcoming of the statistical back-analysis of coal pillar strength is that it relies on the asmined pillar dimensions, not taking into account time-related pillar scaling with subsequent reduction in pillar width. The paper describes an investigation where the rate of pillar scaling was applied to the pillars in the databases of failed and unfailed pillars. The reduced pillar sizes were then used in the same method of statistical back-analysis that had been used in the past.This resulted in an equation for pillar strength which predicts significantly greater pillar strength than the previous statistical analyses, which is similar to the strength which had been found earlier by direct testing of large specimens underground. It is concluded that the lower strengths found by previous statistical analyses are due to the incorrect pillar width being used and that by adjusting the pillar sizes to compensate for scaling, more credible results that correspond to direct testing are obtained.As the newly derived strength equation is time-dependent, it follows that the safety factors and probabilities of failure are likewise time-dependant. An equation to determine the probability of failure is also developed. This results in the safety factor being close to unity at a probability of failure of 50%, which is aligned to statistical expectation. IntroductionSince the Coalbrook mine disaster, caused by massive pillar collapse, there have been several attempts at analysing and defining the strength of coal pillars. It was realized in the very beginning that performing classical strength tests on coal specimens in a laboratory and then transferring those results to real coal pillars could not be successful. The scatter of results is one problem and, more seriously, there is a size effect (at least for small specimens) that made the transformation of strength results to much larger coal pillars underground all but impossible.Two main schools of thought then emerged. Some researchers preferred to perform direct strength tests on large specimens underground, while others relied on statistical back-analysis of failed and unfailed pillar cases, attempting to determine the differences in size and shape that would allow a satisfactory prediction of failure. The latter school of thought resulted in the method that was widely accepted by the South African coal mining industry, described in the landmark publication by Salamon and Munro (1967)."

Jul 1, 2019