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By George J. Karcas, Raimo Kuusisto, Pertti Pekkala

Ongoing Outokumpu development in Solvent Extraction and Electrowinning Technology, involving all aspects of process chemistry, equipment and control, extends over a period of close to 30 years. The development in SX started with molybdenum and rhenium, continued with zinc, manganese, cobalt and nickel and is now focusing on copper. The OutoCompact VSF? SX concept, which has been recently introduced, is a honed version of earlier VSF? technology. The Outokumpu VSF? ("Vertical Smooth Flow") SX package includes the DOP ("Dispersion Overflow Pump") units, the Spirok Mixers, the OutoCompact Settlers including their DDG ("Dispersion Depletor Gate") fences and tank farm equipment such as the LOS ("Loaded Organic Scrubbing") tank as well as the CEP ("Copper Electrolyte Purifying") tank. Although the VSF? SX package can be implemented according to several optional lay-outs, the so-called Track version has lately been introduced to the advantage of new plants. The new OutoCompact SX technology decreases the footprint of future VSF? plants. The lay-out, including plant size flexibility, have further been improved by Outokumpu?s new OutoReverse settler technology. Two of several SX plants currently under construction rely on reverse settlers in order to maximize their performance. The Outokumpu EW technology includes process know-how as well as proprietary equipment. The copper EW package consists of permanent stainless steel cathodes based on wax-less technology and lead anodes utilising polymer concrete cells with the double contact bus bar system and ventilation hoods fitted for efficient mist control. The lifting of cell hoods, as well as cathode washing, is done by the cathode pulling crane. Proper electrolyte flows and matching current density further ensure high productivity of LME grade copper cathodes.

Jan 1, 2005

By M. du Plessis

This paper describes the evaluation of a limit equilibrium model to simulate the behaviour of crush pillars in platinum mines. An analytical model was derived to calculate the residual average pillar stress (APS) values of the crush pillars. The values predicted by this model were compared to the numerical values obtained from TEXAN simulations. In general, the limit equilibrium model appears to be very attractive for simulating pillar failure as the gradual crushing of the outside of the pillar and the transfer of stress to the intact core can be replicated. The value of the TEXAN crush pillar model was further demonstrated by simulating an idealized layout with crush pillars between two adjacent panels. The simulations illustrated that oversized pillars will not crush close to the face and this may lead to seismic failure in the back area. An important finding of the study is that closure measurements may prove to be a very valuable diagnostic measure in crush pillars layouts. Distinct differences in magnitudes of closure were simulated for a scenario where the pillars crush as expected, compared to the scenario where an oversized pillar is left. Experimental closure data collected in a crush pillar stope provided further evidence regarding the value of closure measurements in these layouts.

Jan 1, 2011

By R. M. Spang

Abstract Between the German city of Dresden and the Czech capital Prague a 4-lane highway is under con-struction. At the outskirts of Dresden it will cross the narrow and deeply eroded Weißeritz Valley by a bridge. Two twin tube tunnels under oblique angles join the bridge out of the rocky valley flanks. The different geotechnical conditions of these 4 tunnel portals, their design and construction are described within this publication. The two southern portals of the tunnel Dölzschen are situated within a vertical 65 m high former quarry slope, 25 m above the valley floor. The slope proved instable due to toppling failure and exposed serious rockfall risks. Systematic anchoring, scaling, rock bolting, netting and filling under extreme access conditions eliminated these risks. Tunnel excavation started from the slope surface without any pre-cut or conventional portal construction. The opposite northern portals of the tunnel Coschütz are situated in more gentle rock slopes. After removal of debris, excavation of the eastern tunnel started in a 30° slope striking oblique to the driving direction, without any precut, too. Because of the gentle slope inclination the cross section was not earlier completely covered by rock than 30 m behind. The western tunnel started from an optimized short, narrow and steep precut. Its flanks were stabilized by reinforced shotcrete and rock bolts. Because of the small distance between the tubes rock bolts were drilled into the cross section of the neighboring tunnel. Tunnel excavation was made by drill and blast operation, preliminary support consisted of steel arches, reinforced shotcrete and radial rock bolts. Thorough survey of the bolt’s coordinates and direction prevented them from meeting each other. Rock bolts were of the permanent type to prevent the final lining from being obliquely loaded. Systematically arrayed measuring devices checked deformations of slopes and tunnels. Zusammenfassung Der Neubau der Bundesautobahn A 17 wird Dresden und Prag miteinander verbinden. Die vierspurige Autobahn quert westlich von Dresden das enge und tief eingeschnittene Tal der Wilden Weißeritz mit einer Brücke. An beide Brückenwiderlager schließen mit schiefwinkligem Anschnitt doppelröhrige Tunnel an, deren Portale in den felsigen Talflanken liegen. Die unterschiedlichen geotechnischen Verhältnisse, die Überlegungen für einen jeweils optimalen Entwurf und der Bau der portalnahen bergmännischen Tunnelabschnitte sind Gegenstand dieser Veröffentlichung. Die Südportale des Tunnels Dölzschen liegen in einer vertikalen, 65 m hohen Felswand, 25 m über dem Talgrund. Die Felswand erwies sich als global kippgefährdet, außerdem lagen flächig verteilte erhebliche Steinschlag- und Felssturzrisiken für Bau und Betrieb vor. Die Kippgefahr wurde durch ein Systemraster aus vorgespannten Felsankern, die Steinschlag- und Felssturzrisiken durch bergsteigerisches Beräumen mit dem Brecheisen, Felsnägel und Steinschlagschutznetze eliminiert. Der Tunnelausbruch begann von einer Vorschüttung direkt in der Felswand ohne Voreinschnitt im Schutz einer kurzen Luftbogenstrecke. Die gegenüberliegenden Nordportale des Tunnels Coschütz befinden sich in wesentlich flacheren Hängen. Nach dem Aushub einer mehrere Meter dicken Abraumhalde begann der Tunnelausbruch der östlichen Röhre asymmetrisch mit einer Luftbogenstrecke in einer spitzwinklig zur Vortriebsrichtung streichenden, 30° mit dem Vortrieb steigenden Felsfläche, ebenfalls ohne Voreinschnitt. Wegen der flachen Neigung der Böschung war der Tunnelquerschnitt erst nach 30 m vollständig überdeckt. Für den Vortrieb der westlichen Tunnelröhre mussten erst eine zwischen den Röhren vorhandene Felsnase teilweise abgetragen, die westlich anschließende zurückspringende Felswand vertikal gestellt und gesichert und Felsaushub in der rechten Flanke getätigt werden. Der damit entstehende Voreinschnitt wurde so kurz wie möglich und ohne seitliche Arbeitsräume ausgeführt. Die Sicherung der Böschungen erfolgte mit bewehrtem Spritzbeton und Felsnägeln. Wegen des geringen Abstands der beiden Röhren wurden die unteren Lagen der radialen Ausbruchsicherung durchgeankert. Der Tunnelvortrieb begann im Schutz eines geankerten Portalkranzes und ebenfalls von einer Luftbogenstrecke aus.

Jan 1, 2003

By G. I. McPhail

The authors have conducted several investigations into the prediction of the beach profile of high-density tailings and have found that there are a number of important considerations that need to be taken into account over and above the reliability of the beach profile prediction methodology. These considerations relate to the chemistry of the slurry and specifically the influence of pH and flocculation, both of which have a significant influence on the rheology of the slurry at the discharge point. A number of examples are discussed and a potential testing protocol that will assist in assessing the influence of chemistry ahead of the beach profile predictions is presented. A methodology for assimilating the results of the testing into the likely field situation is discussed, and suggestions are made on application of the results in beach profile prediction. The suspected influence of residual flocculation on the stratification

Jan 1, 2012

By V. Jovicic, J. Likar

The knowledge of the geological sequence and hydrological conditions in the area of portals was the basis for the design of the entry of the highway into tunnel Trojane. Mudstone, claystone and sandstone dominate the rock layering, which is tectonically reworked and contains structural anomalies. The complexity of the sequence makes it impossible to survey all the relevant features along the full 3km length of the tunnel. Sudden and frequent transitions between litological sequences impose potential instabilities and make the excavation of the tunnel particularly difficult. The initial survey established the zones of potential failures. These were monitored using topographic survey and inclinometers with an aim to make further geotechnical analyses more reliable and adjusted to the ground conditions. The analyses of the wall construction and the results of the monitoring showed that the design of the retaining wall was adequate. La connaissance de la séquence géologique et des conditions hydrologiques dans l'aire des portails a été la base pour la planification de l'entrée de l'autoroute dans le tunnel Trojane. Le schiste, l'argilite et le grès dominent la couche rocheuse qui est tectoniquement transformée et contient les anomalies structurales. A cause de la complexité de la séquence, il est impossible de revoir toutes les particularités le long des 3 kilomètres de la toute longueur du tunnel. Les transitions soudaines et fréquentes entre les séquences lithologiques imposent l'instabilité potentielle et font l'excavation du tunnel particulièrement difficile. La revue initiale a été établie sur les zones où il existe l'éboulement potential. Elles étaient contrôlées à l'aide de la revue topographique et de l'inclinomètre pour que les analyses géotechniques suivantes soient plus sûres et adaptées aux conditions du sol. Les analyses de la construction des murs et des résultats du contrôle ont montré que la planification du mur réteneur était correspondante. Der Autobahneingang in den Trojane Tunnel war projektiert auf Basis von der Kenntnis der geologischen und hydrogeologischen Bedingungen in dem Portalgebiet. Das Gebiet besteht aus dem Tonstein und dem Sandstein. Die Schichten sind tektonisch verformt und sind deswegen sehr heterogen. Die anfaenglichen Untersuchungen haben die Zonen von den potentiellen Bruechen definiert. Weitere geotechnische Analysen waren fitted an reale geologische Bedingungen durch das Monitoring der potentiellen Bruchzonen, welches aus den topographyschen Messungen und Inklinometerdaten entstand. Die Analyse des Wandbaues und die Resultate von dem Monitoring haben erwiesen, dass die Wandprojektierung entsprechend war.

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 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 C. Steve

ABSTRACT: In this paper, the stability evaluation and bifurcation criteria are presented for the Jinping arch dam structure. The bifurcation models in failure status of the arch dam are derived from the uniqueness of the controlling equation of dam behaviours, and the relative phenomena between positive definition of dam structural tangent stiffness and bifurcation are given in the paper. Then the structural collapse criteria for arch dam are discussed based on the energy mode. A stability criterion of dam based on the connection of yield zones is proposed according to the implementation of elasto-plastic FEM (finite element method) numerical analysis. In accordance with this judging method, nonlinear FEM analysis is used for Jinping arch dam. The failure process of the Jinping dam was simulated and yield zones were found under the overloading condition. Keywords: Stability evaluation, bifurcation, failure process, Jinping arch dam ZUSAMMENFASSUNG: In der Verliegenden Arbeit wird ein integrater geomechanisch Modellversuch fuer Jinping Bogenstaumauer Vorgesstellt. Die Bogenstaumauer liegt aut der komplizerten felsformationen. Der Zerstoerungsmechanismus, die Stabilitaetsfaktoren und die Interaktion zwischen der Bogenstaumauer und den Seiltichen. In der Vorliegenden Arbeit wird eine dreidimensionale finite element analyse fuer die seitlichen. Gestein sauflager mittels dem Bruchmodell Vorgestellt, da fuer Jiniping Bogenstaumauer angewandet wird. Ein Bruch mechanismus model einschliesslich der statistischen parameter der Gesteinfes tigkeit wird entauckeit. RÉSUMÉ: Das ce documènt a été faite une analyse d’elemt limité de trois dimensions dn fondement de construction de roche faisant appel au modéle de l’endommagemnet à fracture, analyse appliquée an fondement du bar ragevoute de Jinping. Ce documènt décrit le test de modéle géomecanique intégral pour le barrage-voûte de Jinping L’ampleur du modéle en question constitute l’une de plus importantes en China. Ils correspondent par faitement anx calculs des résultats.

Jan 1, 2003

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 J. Riss, S. Gentier, A. Marache

The study of the hydromechanical behaviour of fractured rock masses requires a detailed knowledge of the isolated fractures. The aim of the paper is the simulation of the evolution of the void space, located between both walls of a fracture, during a shear test under constant normal stress. Results of the mechanical simulation model are first validated then analyzed in detail. We observe that, during the shear process, there is an opening of the fracture with the creation of preferential channels. These channels are determined at the early phase of the shear process (pre-peak phase), and we observe during the post-peak phase that void areas increase in size rather than the creation of new apertures. Die Untersuchung des hydromechanischen Verhaltens eines zerlegten Felsmassivs erfordert genaue Kenntnisse der einzelnen Spalten. Ziel dieses Artikels ist die Simulation der Evolution des Hohlraumes zwischen den beiden Wänden eines Spaltes während eines Abscherungsexperimentes unter konstantem senkrechtem Druck. Die Ergebnisse der Modellierung werden zunächst mit dem Abscherungsexperiment verglichen und dann im Einzelnen ausführlich analysiert. Während des Abscherungsprozesses tritt eine Öffnung des Spaltes auf, die die Bildung von bevorzugten Fliesswegen fördert. Diese Kanäle werden bereits in einer frühen Phase des Abscherungsprozesses (pre-peak Phase) festgelegt. In der post-peak Phase tritt dann eher eine Vergrößerung dieser Kanäle, als die Bildung neuer Hohlräume auf. L’étude du comportement hydromécanique d’un massif rocheux fracturé ne peut se faire sans une connaissance approfondie des fractures le constituant. L’étude présentée dans cet article concerne la simulation de l’évolution de l’espace des vides présent entre les deux épontes d’une fracture au cours d’un essai de cisaillement à contrainte normale constante. Les résultats du modèle sont tout d’abord validés puis analysés en détail. On constate que, au cours du cisaillement, il apparaît une ouverture de la fracture permettant la création de chenaux préférentiels. Ces derniers sont déterminés très tôt dans le cisaillement (phase pré-pic), et on observe dans la phase post-pic davantage un accroissement de la taille des chenaux plutôt que la formation de nouvelles zones de vides.

Jan 1, 2003

By M .. Hori, H. Onishi, Y. Goda

The split-lining structure was newly developed for the air-tight lining of the underground compressed air storage cavern. This structure consists of separated reinforced concrete (RC) segments and air-tight membrane. It is most important for the Compressed Air Energy Storage Gas Turbine (CAES-G/T) system to develop the economical lining. In order to verify the applicability of split-lining structure, CAES-G/T pilot plant was constructed and operated for 6 months. We confirmed the practical usefulness and safety of this system through the operation. This paper presents the mechanical behaviour of surrounding rock mass and the lining structure observed through the operation of CAES-G/T pilot plant. Nous avons mis au point une structure de revêtement modulaire pour le revêtement des cavernes souterraines hermétiques à pression. Ce revêtement est composé de segments de béton armé et de membranes hermétiques. Il était très important, pour le CAES-G/T (Compressed Air Energy Storage Gas Turbine), de développer un revêtement économique. Afin de vérifier l’aptitude d’application de notre revêtement modulaire, nous avons construit un système pilote CAES-G/T et nous avons effectué des essais de fonctionnement pendant six mois. Ces essais nous ont permis de confirmer l’utilité et la sécurité du système. A travers le présent rapport, nous rendons compte de la structure de ce nouveau type de revêtement et du comportement mécanique de la masse rocheuse environnante que nous avons pu observer au cours desdits essais. Als luftdichter Druckbehälter wurde eine gegliederte Belagsstruktur für tief unterirdisch liegende Felshöhlungen entwickelt. Diese Struktur ist aus Stahlbetonabdeckung und luftdichter Plane aufgebaut. Bei der Entwicklung des Pressluftgasturbinen – Stromerzeugungssystems (CAES-G/T) war es die wichtigste Aufgabe, einen wirtschaftlichen Belag zu entwickeln. Deswegen wurde zum Nachweis der Effektivität der gegliederten Belagsstruktur eine Pilotanlage errichtet und 6 Monate lang betrieben. Durch den Betrieb konnten wir die Praktikabilität und Sicherheit des Systems bestätigen. Dieser Aufsatz ist ein Bericht über das Verhalten der durch Betrieb der CAES-G/T Pilotanlage beobachteten Belagsstruktur und umliegenden Felsmasse.

Jan 1, 2003

By N. Sano

The chromium oxide in stainless steel slags usually exists as Cr2O3. However, there is a possibility that it is oxidized to hazardous CrO3 after disposal or during use. Therefore, some technical developments to reduce chromium oxide by using a smelting reduction technique have been reported recently. This paper describes the fundamentals of the technique which have been applied to ferrochromium production and reviews the recent results in literature.

Jan 1, 2004

By H. Sekimoto, T. Matsuoka, K. Yasuhara, M. Ota, S. Akutagawa

A magnetic anisotropy sensor is used for nondestructive measurement of stress on surfaces of a ferromagnetic material, such as steel. The sensor is built on the principle of the magneto-strictive effect in which changes in magnetic permeability due to deformation of the material is measured in a nondestructive manner, which then can be translated into the absolute values of stresses existing on the surface. This technique was applied to measure stresses of H-beams used in tunnels. The results show that this method could be one of the promising technologies for non-destructive stress measurement for safe construction of underground structures. Une sonde magnétique anisotropique est utilisée pour des mesures non-destructives de stress sur la surface d' unmétal ferromagnétique, comme l'acier. La sonde est construite sur le principe de l'effet magnéto-strictif dans lequel les changements dans la perméabilité magnétique due à la déformation du metal est mesurée avec une manière non-destructive, qui peut être alors traduite en valeurs absolues des stress existants à la surface. Cette technique a été appliquée pour la mesure de stress des poutres en H utilisées dans les tunnels. Les résultats montrent que cette méthode peut être l'une des technologies promet tantes concernant les mesures non-destructives de stress pour des constructions sûres de strcutures souterraines. Ein magnetischer Anisotropie-Sensor wird für die zerstörungsfreie Messung von Spannungen an Oberflächenvon ferromagnetischen Materialien wie z.B. Stahl verwendet. Der Sensor kann Änderungen in der magnetischen Durchlässigkeit auf Grund von Verformungen des Materials erkennen, die dann in Absolutwerte der Spannungen an der Oberfläche umgerechnet werden können. Die Methode wurde auf Messung von Spannungenvon H-Balken in Tunnels angewendet. Ergebnisse zeigen, dass dies eine vielversprechende Methode für diezerstörungefreie Messung im Tiefbau ist.

Jan 1, 2003

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 Y. Guglielmi, V. Merrien-Soukatchoff, I. Kadiri

ABSTRACT: Hydraulic experiments have been conducted since 1997 within a small fractured calcareous rock mass in southeastern France, at a site called Coaraze. On this reduced-scale site closing a floodgate located on a downstream spring produces repeated hydraulic loadings. Simultaneous measurements of normal deformations and pressure in several joints have provided a better understanding of the hydromechanical behaviour of such a fractured rock mass. The present paper first describes both the site and conceptual interpretation of the measurements performed. We showed that accurate measurement reproduction requires incorporating certain features: a variable normal joint stiffness, the joint vicinity (through introducing a Z coefficient), and the initial stress state. The paper then develops an original analytical interpretation of the coupled pressure-displacement measurements carried out, which reveal the high level of measurement suitability to the non-linear behaviours examined. 2D modelling, using the discontinuous code (UDEC) was used to proceed with the calibration step. KEY WORDS: In situ test, methodology, hydromechanics, modelling, non linear behaviour ZUSAMMENFASSUNG : Hydromechanische Experimente werden seit 1997 in einer kleinen Kalksteinmasse, das sich im Südosten von Frankreich befindet durchgeführt. In diesem kleinen Standort, werden wiederholte Wasserdruck Erhöhungen durch das Schliessen eines Hahnes produziert. Gleichzeitiger Druck und normale Verformung Meßungen in mehreren Fugen haben erlaubt, das hydromechanische Verhalten einer solche gebrochene Felsenmasse besser zu verstehen. Der Artikel beschreibt zuerst den Standort und stellt die begrifflichen Interpretationen der Meßungen vor. Um die Meßungen gut zu reproduzieren ist es wesentlich, bestimmte Faktoren wie die veränderliche normale Steifheit der Fugen, die Nachbarschaft der Fugen (über einen Z-Koeffizient) und der Spannungstand zu berücksichtigen. Der Artikel erklärt die originale Methode für die Druck- und Verformungs-Meßungen Interpretation und zeigt die gute Korrelation der Meßungen mit dem nicht-linearen angenommen Verhaltens der Fugen. Die numerische 2D-Modellierung mit dem UDEC Software ist für die Verkeilung der Faktoren gebraucht worden. SCHLÜSSELWÖRTER: In-situ-test, Methodologie, Hydromechanik, Numerische Modellierung, nicht-lineares Verhalten RESUME : Des expérimentations hydromécaniques sont conduites depuis 1997 dans un petit massif calcaire fracturé situé dans le sud de la France. Dans ce site de taille réduite des mises en charge répétées sont produites par la fermeture d'une vanne située à l'aval du site. Des mesures simultanées de déformation normale et de pression dans plusieurs joints ont permis de mieux appréhender le comportement d'un tel massif fracturé. L'article décrit dans un premier temps le site et présente les interprétations conceptuelles des mesures. Pour bien reproduire les mesures, Il est essentiel de prendre en compte certains facteurs tels que la raideur normale variable du joint, le voisinage du joint (par l'intermédiaire d'un coefficient Z), l'état de contrainte initial. L'article précise la méthode originale d'interprétation des mesures pression-déplacements qui montre la bonne adéquation aux lois de comportement non linéaire proposées. La modélisation 2D, à l'aide d'un code discontinu (UDEC) a été employée pour le calage des facteurs. MOTS-CLEFS : In-situ, méthodologie, hydromécanique, modélisation, comportement non linéaire

Jan 1, 2003

By J. P. Harrison

ABSTRACT: The significant effect of fracture surface morphology on the mechanical behaviour of rock masses is well known and has been studied by many people. For linear profiles taken from fracture surfaces, short- and long-period variation has traditionally been described using the descriptors ‘roughness’ and ‘waviness’, with Fourier series analysis being perhaps the most commonly used technique to distinguish between the two attributes. However, the mathematical procedure is involved and the assumptions that have to be made may not be appropriate for rock fracture surfaces. In this paper, an alternative method is presented that enables us to distinguish between roughness and waviness of a linear profile by performing only one straightforward analysis. In our technique, surface morphology is studied in terms of the distribution of unit normal vectors to the profile. The statistical analysis of the distribution is performed using Riemannian, rather than the customary Euclidean, geometry, and from this the 1D Riemannian dispersion parameter (DR1) is obtained, which quantifies the geometry of the profile. The method is applied at different scales to both synthetic sinusoidal profiles and real rock profiles. The results show how periodic behaviour of the profile is revealed at scales where DR1 is substantially equal to zero. RESUME: L’influence significative de la morphologie des épontes sur le comportement mécanique des massifs rocheux est bien connue et a fait l’objet de nombreuses études. Pour les profils lineraires, les variations de courtes et longues périodes sont traditionnellement décrites par les indicateurs “rugosité” et “ondulation” qui sont le plus couramment distingués à l’aide d’une analyse en series de Fourrier. Cependant, la méthode de calcul utilisée et les hypothèses faites ne sont pas appropriées dans le cas des épontes rocheuses. Cet article présente une méthode alternative qui permet de distinguer la rugosité de l’ondulation d’un profil en réalisant une seule analyse directe. Avec notre technique, la morphologie de l’éponte est étudiée comme une distribution spatiale de vecteurs normaux au profil. L’analyse de cette distribution est réalisée à l’aide de la géométrie Riemannienne plutôt que la géométrie classique Euclidienne et permet d’identifier la dispersion Riemanienne en 1D (DR1) qui quantifie la géométrie du profil. Cette méthode est appliquée à différentes échelles sur des profils artificiels sinusoïdaux et des épontes naturelles. Les résultats montrent que le comportement périodique du profil est révélé à des échelles où DR1 est essentiellement égal à zéro. ZUSAMMENFASSUNG: Der signifikante Effekt von Bruchoberflaechen Morphologien auf das mechanische Verhalten von Gesteinsmassen ist gut bekannt und von vielen Bearbeitern untersucht worden. Traditionel lineare Profile von Bruchflaechen sind mit kurz und lang periodischen Variationen, die auch als “Rauhigkeit” und “Welligkeit” bezeichnet worden sind, beschrieben worden. Hierbei ist wohl die Fourier Serien Analyse das wichtigste Hilfsmittel zur Unterscheidung der beiden Attribute gewesen. Hierfuer wird jedoch ein mathematisches Prozedere verlangt und Vorraussetzungen gemacht, die vielleicht nicht fuer Gesteinsbruchflaechen zutreffend sind. In dieser Publikation wird eine andere Methode vorgestellt, die uns mit Hilfe nur einer einfachen Analyse erlaubt zwischen “Rauigkeit” und “Welligkeit” bei einem linearen Profil zu unterscheiden. In unserer Methode wird die Gesteinsoberflaeche unter zu Hilfenahme der Verteilung von Einheitsnormalvektoren beschrieben. Die statistische Analyse der raeumlichenVerteilung dieser Vektoren wird mit Hilfe der Riemannschen, anstatt der ueblicherweise benutzten Euklidischen, Geometrie durchgefuehrt. Von ihr wird der Riemannsche Dispersions Parameter (DR1) abgeleitet, der die Geometrie des Profils quantifiziert. Diese Methode ist bei verschiedenen Masstaeben sowohl auf rein harmonische (sinusoidale), syntetische Profile als auch auf Gesteinsprofile angewendet worden. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Masstaeben bei denen DR1 nahe Null ist periodische Characteristika der Profile hervortreten.

Jan 1, 2003

By V. Labiouse, P. K. Kaiser, F. Descoeudres, F. Rojat

In this paper some failure phenomena observed in the crossing of brittle rock formations at the Lötschberg base tunnel are presented. A brittle failure criteria, recently developed by Canadian researchers, is applied through finite element calculations together with a semi-empirical failure criterion, to explain these behaviours. Good agreement is found between predicted and observed failures at the tunnel walls. This study also shows some of the limitations of this approach. Dans cet article sont présentés certains phénomènes de rupture observés durant la traversée de zones de roches fragiles lors de l’excavation du tunnel du Lötschberg. Un critère de rupture développé récemment par la recherche canadienne est utilisé à travers des calculs par éléments finis. En parallèle, les résultats sont comparés avec ceux d’un critère semi-empirique. Au niveau des parements, l’ampleur des ruptures observées est assez proche des résultats de calcul. Cette étude a également permis de mettre en avant certaines limites de l’approche choisie. In diesem Artikel werden verschiedene Brucharten dargestellt, die bei der Durchfahrung von sprödem Gestein im Rahmen des Ausbaus des Lötschberg-Basistunnels beobachtet wurden. Zur Erklärung des vorliegenden Verhaltens wurden die erst kürzlich in Kanada entwickelten Theorien zur Beschreibung von Sprödbrüchen herangezogen und bei der Berechnung mittels der Finite-Elemente-Methode und eines semi-empirischen Kriteriums angewendet. Die so vorhergesagten Versagenszonen an den Tunnelwänden stimmen mit den Beobachtungen gut überein. Die Studie hat auch dazu beigetragen, die bei der Anwendung des Lösungsansatzes angetroffenen Schwierigkeiten aufzuzeigen.

Jan 1, 2003

By A. Golshani, M. Oda, K. Suzuki, T. Takemura

Anisotropic behaviours of OhshimaOshima granite were investigated by carrying out uniaxial compression tests, together with observations of microcracks under an optical microscope. The elastic modulus tensor of Oshima granite at 10 per cent strength,E10, were calculated using theoretically formulation of elastic modulus tensor in terms of the second-rank crack tensor for pre-existing open microcracks. Furthermore, with the assumption of orthorhombic elasticity, the nine moduli of Oshima granite E10were determined by uniaxial compression test. Twenty-onemoduli of samples, calculated without assuming any symmetry, also showed orthorhombic features. Direction of the symmetry axes agreed well with the orientation of preexisting cracks. Comparison of crack tensor-based formulation results with the experimentally determined one show that the anisotropy of elasticity of Oshima granite is caused by pre-existing open microcracks, not by pre-existing healed microcracks and also crack tensor formulation can be used, as a first-order approximation at least, to describe the anisotropy of Oshima granite induced by pre-existing open microcracks. ZUSAMMENFASSUNG: Das anisotrope Verhalten des Oshima-Granits wurde mit Hilfe voneinachsigen Kompressionstests und durch die Betrachtung von Mikrorissen unter einem optischenLichtmikroskop untersucht. Das Elastizitätsmodul von Oshima-Granit bei 10 Prozent Kraft E10wurde berechnet, indem man die Formulierung des Elastizitätsmodultensors, ausgedrückt alsRisstensor zweiter Ordnung theoretisch auf bereits existierende Mikrorisse angewandt hat.Außerdem wurden die neun Module des Oshima-Granits unter der Annahme orthorhombischerElastizität E10mit einem einachsigen Kompressionstest bestimmt. Einundzwanzig Stichproben,die ohne die Annahme irgendeiner Symmetrie genommen wurden, zeigten ebenfallsorthorhombische Merkmale. Die Richtung der Symmetrieachsen stimmte mit der Orientierungbereits vorhandener Risse überein. Der Vergleich der Ergebnisse der auf dem Risstensorbasierenden Formulierung mit der experimentell bestimmten Formulierung zeigt, dass dieAnisotropie der Elastizität von Oshima-Granit von bereits vorhandenen offenen Mikrorissenverursacht wird, und nicht von vorhandenen vernarbten Mikrorissen, und dass dieRisstensorformulierung auch zumindest für eine Annäherung erster Ordnung benutzt werdenkann, um die durch vorhandene offene Mikrorisse induzierte Anisotropie des Oshima-Granits zubeschreiben. RESUME: Les comportements anisotropes du granit d’Oshima ont été étudiés en réalisant destests de compression simple, et en observant les microfissures au microscope optique. Le tenseurdu module d’élasticité du granit d’Oshima sous une résistance de 10 pourcents, E10, a été calculéen se servant de la formule théorique du tenseur de module d’élasticité basé sur le tenseur defissures de second ordre des microfissures ouvertes préexistantes. En outre, sur base del’hypothèse de l’élasticité orthorhombique, les neuf modules du granit d’Oshima ont étédéterminés par des tests de compression simple. Vingt et un modules d’échantillons, calculés endehors de toute hypothèse de symétrie, ont aussi montré des caractéristiques orthorhombiques. Ladirection des axes de symétrie correspondait bien à l’orientation des fissures préexistantes. Lacomparaison des résultats de la formule basée sur le tenseur de fissures avec les résultatsdéterminés expérimentalement montrent que l’anisotropie de l’élasticité du granit d’Oshimaprovient des microfissures ouvertes préexistantes, et non de microfissures préexistantes referméeset que la formule du tenseur de fissures peut servir, au moins comme première approximation, àdécrire l’anisotropie du granit d’Oshima marqué par des microfissures ouvertes préexistantes.

Jan 1, 2003

By K. Sugawara, H. -S. Jeong, Y. Ishiguro, J. Otani, Y. Obara, A. Hirata

A series of measurements of induced stress by the Compact Conical-ended Borehole Overcoring (CCBO) technique was performed within rock mass around a tunnel excavated in a region that an underground powerhouse is constructed under high initial rock stress. In the measurements, a phenomenon of core disking was observed during overcoring. The selecting method of strain data uninfluenced by the core disking was proposed, using X-ray CT scanner. Then, the state of induced stress determined from the selected strain data was discussed, comparing with the state of initial stress. Eine Serie von Messungen von induzierter Belastung mit kompaktem konisch-beendetem Überbohrverfahren (CCBO) wurde in Felsmassen um einen Tunnel ausgeführt, der in einer Region gebohrt wurde wo ein unterirdisches Kraftwert unter hoher anfänglicher Felsbelastung gebaut wird. Bei den Messungen wurde beim Überbohrverfahren ein Phänomen des Core Disking beobachtet. Die gewählte Methode der Belastungsdaten, unbeeinflusst durch Core Disking wurde vorgeschlagen, unter Verwendung von Röntgen-CT-Scanner. Dann wurde der Zustand der induzierten Belastung aus den gewählten Belastungsdaten diskutiert, unter Vergleich mit der ursprünglichen Belastung. Une série de mesures de contrainte induite effectuée avec la technique de forage de sur-carottage compacte à embout conique a été exécutée dans la masse rocheuse autour d'un tunnel excavé dans une région de construction d'une centrale électrique souterraine sous haute contrainte de roche initiale. Au cours des mesures, un phénomène de discage de carotte a été observé pendant le sur-carottage. La méthode de sélection des données de contrainte non influencée par le discage de carotte a été proposée, en utilisant un scanneur de tomographie calculée aux rayons X. Il s'ensuit que l'état de contrainte induite provoquée et déterminé à partir des données de la contrainte sélectionnées a été traitée, en effectuant une comparaison avec l'état de contrainte initiale.

Jan 1, 2003

By R. Altindag

Engineers and researchers need to estimate the mechanical properties of rocks from P-wave velocity. In previous studies, the researchers have investigated either the limited values or all the data belonging to sedimentary, igneous, and metamorphic rocks together in the same statistical analysis. In this study, the raw data pertaining to only sedimentary rocks was taken from previous studies and evaluated. For this purpose, a total of 97 samples of sedimentary rock types were subjected to statistical analysis. First, the relationships between P-wave velocity and physical-mechanical properties were investigated by simple regression analysis. All the data were then subjected to multi-regression analysis. Some empirical equations with high correlation coefficients were derived for rock engineers. The equations obtained from the analyses are compared with previous equations found in literature.

Jan 1, 2012