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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 M. Salimov, J. Sattarvand

The conventional visualisation method of remote equipment is through the installation of one or more cameras on the machine, and sending a live feed to the operator’s flat display. However, the performance of the teleoperation can be enhanced using better visualisation through virtual reality (VR). This paper presents the process of the design and manufacturing of a robotic platform that will be used in the next phase of the project for a VR-assisted teleoperated excavator. The robot consists of a loading boom and arm arrangement installed on the undercarriage of a CAT300-9D. All hydraulic cylinders are replaced with electric actuators, and crawling motors are substituted by electric motors. The pieces of the boom and the arm, as well as the bucket were designed in Autodesk Inventor, and manufactured from aluminium sheets using a desktop and CNC machine. Parts are joined by pins and welding as needed. An Arduino-based control system is developed for the robot, and motor controllers are used to convert the power commands from the microcontroller to the high-amperage actuators. The control system is capable of communicating with a wireless Play Station controller to operate remotely. The manufactured robotic excavator is planned to be utilised in multiple autonomy research projects.

Sep 1, 2021

By M. Hakala, P. Tolppanen

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

Jan 1, 2003

By 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 C. A. Border

This paper is a brief record of the State's involvement in the problems that have faced Iow-grade mines in the South African gold-mining industry for a period of more than sixty years. Not all the recommendations made by the various commissions are recorded here, but those which are included highlight the fact that many of the problems that plagued the industry during those years, whether economic or labour matters, are still troubling the industry today.

Jan 1, 1981

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 Y. -J. Park, K. -H. You, Y. -T. Choi, Lee. H. -W.

Many large caverns are being constructed in great depths in Korea mainly for the storage of oil and LPG. These caverns are mostly located near the port where rock conditions are reasonably good. In some instances, the horizontal stress is very high and endangers the stability of the cavern. The purpose of this study is to assess the stability of large caverns excavated in a rock mass with high horizontal stress where Ko value is close to 3. Result shows that stress exerted in the shotcrete at crown exceeds allowable value when the 3rd bench is excavated. Also found is the tensile failure of shotcrete near the boundaries between benches. In Korea werden viele grosse Kaverne fuer Aufbewahrung vom Oel und Fluessiggas in grosser Tiefe gebaut. Am Meisten befinden sich diese Kaverne in der Naehe von Haefen, wo der Fels gute Verhaeltnisse zum Bauen einer Kaverne besitzt. In einigen Faellen ist die Horizontalspannung sehr gross und dadurch wird die Stabilitaet vom Kaverne gefaerdet. Der Zweck dieser Arbeit ist die Stabilitaet des im Fels gebauten grossen Kavernes mit hoher Horiaontalspannung zu schuetzen, wo Ko-Wert sich auf 3 naehrt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Spannung im Spritzbeton an der Krone den zulaessigen Wert ueberschreitet, wenn das dritte Bank ausgegraben wird. Im Bereich des Spritzbetons zwischen Baenke wurde das Zugversagen festgestellt. Des larges cavités nombreuses sont en train d’être construites en grand profondeur en Corée prin-cipalement pour le stocage du pétrole et LPG. Ces cavités sont pour la plupart situées près de la porte oú les conditions des roches sont résonablement bons. En quelques cas, la contrainte hori-zontale est trés haute et met en danger la stabilité de la cavité. L’objet de cet étude est d’estimer la stabilité des large cavités excavées dans une masse de roche ayant une haute contrainte horizontale oú la valeur de Ko est proche à 3. Le résultat montre que la contrainte exercée dans le shotcrete à la couronne dépasse la valeur admissible quand le troisième banc est excavé. En plus une faillite en tension du shotcrete près de la frontière entre des bancs est trouvée.

Jan 1, 2003

By J. Werfling, J. R. Kiehl

SUMMARY: The effects of blasting on structures are assessed on the basis of the maximum amplitudes of the occuring vibration velocities. If the standard values in the German Standard DIN 4150 are not exceeded, damages to structures are not to be expected. The estimation of the maximum vibration amplitudes is usually based on experience or on emperical formulae. However, a comparison of expected with measured values shows that these estimations are not conservative, particulary in case of small distances between blasting locations and structures. More reliable predictions are possible on the basis of numerical analyses, which simulate the three-dimensional propagation of waves with consideration of the geomechanical and geometrical conditions. In addition to the expected velocities, these analyses also allow the determination of stresses resulting from dynamic loading. If the dynamic stresses are known, the effects of blasting on structures can be predicted. ZUSAMMENFASSUNG: Die Auswirkungen sprengbedingter Erschütterungen auf bauliche Anlagen werden in der Praxis auf der Grundlage der Maximalamplituden der auftretenden Schwinggeschwindigkeiten beurteilt. In der DIN 4150 werden Anhaltswerte angegeben, bei deren Einhaltung Schäden von Gebäuden nicht zu erwarten sind. Die Abschätzung dieser Schwing-geschwindigkeiten erfolgt meist auf der Grundlage von Erfahrungswerten oder empirischer Formeln. Der Vergleich der prognostizierten Werte mit Meßergebnissen zeigt jedoch, daß diese Ansätze insbesondere dann, wenn die Abstände zwischen den Sprengorten und den Gebäuden gering sind, nicht konservativ sind. Zuverlässigere Prognosen sind auf der Grundlage von numerischen Berechnungen möglich, in denen die räumliche Ausbreitung von Erschütterungen unter Berücksichtigung der geomechanischen und geometrischen Verhältnisse simuliert wird. Mit derartigen Berechnungen können die zu erwartenden Schwinggeschwindigkeiten und die aus der dynamischen Beanspruchung resultierenden Spannungen ermittelt werden. Dies ermöglicht Aussagen über die Auswirkungen sprengbedingter Erschütterungen auf Bauwerke. RÉSUMÉ: Les conséquences de vibrations résultantes d'explosions pour des bâtiments sont estimés dans la pratique à partir des amplitudes maximales des vitesses d'oscillation. Dans la norme allemande DIN 4150 des valeurs d'orientation sont données, avec l'observation desquelles de dommage à des bâtiments n'est pas à présumer. Ces vitesses d'oscillation sont estimés généralement à partir de valeurs d'expérience ou de formules empiriques. La comparaison des valeurs prédits avec des résultats de mesures montre cependant que ces hypothèses ne sont pas conservateurs, en particulier si les distances entre les lieux de sautage et les bâtiments sont petites. Des prédictions plus fiables sont possibles à partir de calculs numériques, dans lesquelles la dissipation spatiale de vibrations est simulée en considération de la situation géoméchanique et géométrique. Avec tels calculs les vitesses de vibration à présumer et les contraintes résultantes de l'effort dynamique peuvent être établies. Cela permet de constater sur les conséquences de vibrations résultantes d'explosions pour des bâtiments.

Jan 1, 2003

By D. B. Paterson

In view of decreasing head grades, the relatively high gold price, and recent developments in metal evaluation, an exercise was initiated to determine the extent of gold concentration, the mode of occurrence, and the areas of concentration within the run-of-mine milling circuits of Randfontein Estates Gold Mining Company (Witwatersrand) Limited. The total gold content of three of the thirteen run-of-mine mils in the Group was measured as a typical lock-up of approximately 200 kg per mil. The majority of this gold was concentrated either behind the grid-type body liners or within the pockets of the body liners. This paper is an account of the experimental procedure and the results obtained, and highlights possible means of limiting gold lock-up in future.

Jan 1, 1988

By M. Arlandi, J. C. Monge

In this paper, the finite element method is used to obtain deformations of a rock tunnel. More than 3,000 numerical simulations and calculations were carried out. The analysis of this results has allowed to achieve mathematical formulations and graphs, to obtain in advance support monitored displacements in tunnelling construction, so they can be predicted before excavation and supporting woks. The application of the presented formulations and charts will aid engineers to control tunnel monitoring, reducing decision time when problems occur. The analysis is limited to cases involving elastic behaviour of the terrain for tunnels of average to good quality in rock, and to excavation sections of average or smaller dimensions for road tunnels. The results show that, in all cases, mathematical expressions to obtain induced displacements around tunnel excavations, have similar pattern than Kirsch (1898) expressions for circular excavations. As corollary of the achieved results, a method to estimate in situ natural geostress ratio K0=sh/sv , by means of convergence measurements, is presented. In diesem Beitrag wurden die Verschiebungen eines Tunnels durch die Methode de Finiten Elemente berechnet. Mehr als 3000 numerische Simulationen und Berechnungen wurden ausgeführt. Die Analyse dieser Resultate hat es ermöglicht, mathematische Formeln und Grafiken zu entwickeln, die zur Voraussage der Verschiebungen in Tunnel dienen, auch unter Betrachtung der verschiedenartigen Abstützungen. So können die Verschiebungen vor den Erdarbeiten und dem Bau der Abstützung abgeschätzt werden. Die abgeleiteten Formeln und Grafiken werden vor allem einen grossen Dienst für Ingenieure bei der Mithilfe zu zeitsparenden Entscheidungen im Tunnelbau und bei der Tunnelkontrolle leisten. Die analysierten Fälle sind auf eine elastische Modellierung des Baugrunds beschränkt, sowie auf eine mittlere bis gute Qualität des Felsens und auf die Aushebung von Abtragungsabschnitten mittlerer oder geringer Grösse für den Strassenverkehr. Die Resultate zeigen, dass in allen Fällen die hergeleiteten Formeln zur Berechnung der durch den Tunnelbau verursachten Verschiebungen um den Tunnel die gleiche mathematische Struktur haben wie diejenigen von Kirsch (1898) für kreisförmigen Bodenaushub. Als Korollarium der ausgeführten Berechnungen wird eine Methode zur Abschätzung der vorherrschenden in situ Geospannungs-Verhälniss K0=sh/sv angegeben, die von den Messungen der Verschiebungen im Tunnel ausgeht. Dans cet article, la méthode des éléments finis est utilisée pour obtenir les déformations d’un tunnel creusé dans la roche. Plus de 3000 simulations numériques et calculs ont été effectuées. L’analyse de ces résultats a permis de définir des modèles mathématiques et des abaques afin de prédire, avant l’excavation et les travaux de soutènement, les déplacements auscultés pendant la construction du tunnel. L’application de ces modèles et abaques permettra donc aux ingénieurs de contrôler les déplacements durant l’auscultation du tunnel et de réduire le temps de décision lorsque des problèmes surviennent. L’analyse est limitée au cas du comportement élastique du terrain pour des tunnels creusés dans de la roche de moyenne a bonne qualité, et à de sections d’excavation de petites à moyennes dimensions pour des tunnels routiers. Les résultats montrent que, dans tous les cas, les expressions mathématiques permettant d’obtenir les déplacements induits autour des excavations de tunnel, présentent des similitudes avec celles de Kirsch (1898) pour des excavations circulaires. Comme corollaire aux résultats obtenus, une méthode pour estimer le rapport des

Jan 1, 2003

By M. Kwasniewski, M. Takahashi

Prismatic samples of a medium-grained sandstone from Slask Colliery (Upper Silesian Coal Basin, Poland) were tested under uniaxial compression, conventional triaxial compression and true triaxial compression conditions. The conventional triaxial compression tests were carried out at confining pressure (p) equal to 12.5, 25.0 and 37.5 MPa. In the true triaxial compression tests the minimum principal stress (s3) was equal to 25.0 MPa and the intermediate principal stress (s2) was 1.5, 2 and 2.5 times higher than s3. Results of the studies show that confining pressure strongly inhibited dilatant behavior of rock samples tested under conventional triaxial compression conditions; the increasing confinement resulted in the growing compaction of the rock material. The effect of dilatancy was also highly suppressed by the intermediate principal stress. While important dilatant, negative volumetric strain corresponded to the peak differential stress at low intermediate principal stress conditions, at high intermediate stresses the rock material was damaged to much lesser extent. As a result, faulting of rock samples in the post-peak region was much more violent and was accompanied by a strong acoustic effect. Les échantillons parallélépipédiques du grès à grains moyens de la mine ‘Slask’ (Bassin Houiller de Haute Silésie, Pologne) ont subi les essais de compression monoaxiale (compression simple), de compression triaxiale conventionnelle (compression triaxale de révolution) et de compression triaxiale vraie. Les essais de la compression triaxiale conventionnelle ont été effectués à la pression de confinement de 12,5, 25,0 et 37,5 MPa. Dans les essais de compression triaxiale vraie la contrainte principale minimale (s3) était de 25,0 MPa et la contrainte principale intermédiaire (s2) était 1,5, 2 et 2,5 fois supérieure de s3. Il résulte des essais que la pression de confinement inhibe fortement le processus de dilatance dans les échantillons testés dans les conditions de compression triaxiale conventionnelle; l’augmentation de la pression provoquait l’augmentation du compactage du matériau rocheux. Le phénomène de dilatance était également limité de façon significative par la contrainte principale intermédiaire. Alors que l’importante déformation volumique négative correspondait à la contrainte différentielle ultime avec les faibles contraintes principales intermédiaires, dans les conditions de fortes contraintes intermédiaires, le matériau rocheux subissait l'endommagement de façon beaucoup moins importante. En résultat, la rupture des échantillons rocheux au stade post-maximum était beaucoup plus violente et accompagnée d’un fort effet acoustique. Prismatische Probekörper des mittelkörnigen Sandsteines aus dem Bergwerk ‘Slask’ (das Oberschlesische Kohlengebiet, Polen) wurden unter der einaxialen Druckbeanspruchung, konventionellen dreiaxialen Druckbeanspruchung und der echten dreiaxialen Druckbeanspruchung geprüft. Konventionelle dreiaxiale Druckversuche wurden bei dem Manteldruck von 12,5 25,0 und 37,5 MPa durchgeführt. Bei den echten dreiaxialen Druckversuchen betrug die kleinste Hauptspannung (s3) 25,0 MPa und mittlere Hauptspannung (s2) war 1,5-, 2- und 2,5-mal höher als s3. Aus den durchgeführten Versuchen ergibt sich, dass der Manteldruck die Dilatanzentwicklung bei den Probekörpern unter der konventionellen dreiaxialen Druckbeanspruchung stark bremst; die Erhöhung des Druckes rief die ansteigende Kompaktion des Gesteinsmaterials hervor. Die Dilatanz wurde auch durch die mittlere Hauptspannung beschränkt. Während die wesentlichen volumetrischen, dilatanten Verformungen der Grenzdifferenzspannung bei den niedrigen mittleren Hauptspannungen entsprachen, bei den hohen mittleren Hauptspannungen wurde das Gesteinsmaterial viel weniger beschädigt. Im Ergebnis war der Scherbruch der Gesteinsproben im Post-Peak-Bereich viel heftiger und mit kräftigen akustischen Effekten verbunden.

Jan 1, 2003

By F. H. Cornet, D. Ask, O. Stephansson

We have conducted a stress analysis of overcoring stress measurements undertaken at the Zedex Test Site (ZTS) in the Äspö HRL, Sweden. Two different types of overcoring cells have been used at the site: the 9-gauge Borre Probe (CSIR-type) and the 12-gauge CSIRO HI cell. Inversion programs based on the least-squares criterion were developed and calibrated. The primary and secondary stress field in the ZTS were back-calculated using strain data from individual cells as well as from combining data from both cells. We propose that the combination of strain data from the two cells significantly improves the determination of the stress field. A striking result is the good agreement between the re-analysed overcoring data and the existing hydraulic fracturing data. The deviations for the horizontal stresses between the re-analyzed overcoring data and the existing hydraulic fracturing data are approximately 3 MPa. The deviation in the orientation of maximum horizontal stress is approximately 10-20°. Nous avons analysé les résultats de mesures de contrainte par surcarottage réalisées sur le site Zedex, du laboratoire souterrain HRL d’Aspö, en suède. Deux types de cellule de mesure ont été utilisés sur ce site : la cellule à 9 jauges (du type CSIR) et la cellule à 12 jauges (du type CSIRO HI). Un programme d’inversion mettant en œuvre une norme par moindres carrés a été développé et validé. Les champs de contrainte primaires et secondaires du site Zedex ont été évalués d’une part en considérant chaque mesure isolément, d’autre part en intégrant l’ensemble des données de déformation dans une inversion unique. Nos résultats suggèrent que l‘association des diverses mesures dans une intégration unique améliore nettement la détermination du champ de contrainte. Un résultat intéressant est le bon accord entre ces nouveaux résultats et les résultats des mesures par fracturation hydraulique. Les écarts sur l’amplitude des contraintes horizontales est de l’ordre de 3 Mpa, les écarts sur les orientations de l’ordre de 10-20°. Auf dem Zedex Test Gelände im Äspö Festgesteinslabor (HRL) wurde eine Spannungsanalyse mittels Overcoring Spannungsmessungen durchgeführt. Hierzu wurden zwei verschiedene Methoden verwendet: das 9-kanal Borre Gerät (CSIR- Ausführung) und die 12-Kanal CSIRO HI Zelle. Inversionsprogramme, die auf dem “least-squares”- Kriterium basieren, wurden entwickelt und kalibriert. Das primäre und sekundäre Spannungsfeld des Zedex Test Geländes wurde sowohl aus Verformungsdaten individueller Zellen als auch aus Kombination beider Zellen ermittelt. Wir nehmen an, daß die Kombination der Messergebnisse beider Geräte die Bestimmung des Spannungsfeldes signifikant verbessert. Überzeugender Beweis hierfür ist die gute Übereinstimmung der überprüften Overcoring Daten und Ergebnisse aus existierenden Hydraulic Fracturing Versuchen. Die Abweichungen der horizontalen Spannungen aus beiden Datensätzen ist etwa 3 MPa und Abweichungen der Orientierung der größten Horizontalspannung liegen bei etwa 10-20°.

Jan 1, 2003

By A. Pellegrino, F. Collin, C. Guiducci, R. Charlier

A numerical approach for modeling coupled Hydro-Mechanical fracture behavior in 2D is presented in this paper. This approach accounts for the strong dependence of the flow characteristics on fracture apertures and offers an anisotropic description of the flow propagation in the fracture. An interface finite element and a constitutive model are developed . In order to validate the applicability of the model to general geomechanic problems, 2D simulations were performed. Results show the good application of the mathematical model and the fundamental hydraulic role played by the fractures. In diesem Beitrag wird ein Stoffgesetz vorgeschlagen um hydromechanisches Kluftverhalten numerisch zu Modellieren. Dieser Vorgang nimmt die starke Abhängigkeit der Fliesseigenschaften von der Kluftöffnung mit in Anbetracht. Ein Interfaceelement und ein Stoffgesetz wurden entwickelt. Zum validieren der Anwendbarkeit dieses Modells wurden 2D Simulationen durchgeführt. Ergebnisse haben gezeigt dass das mathematische Model anwendbar ist und dass Klüfte eine fundamentale hydraulische Rolle spielen. Une approche numérique pour la modélisation du comportement couplé hydro-mécanique des fractures en 2D est présentée dans ce papier. Cette approche prend en compte la forte dépendance des caractéristiques du flux de fluide sur les ouvertures des fractures et présente une description anisotrope de la propagation du flux dans la fracture. Un élément fini d'interface et un modèle constitutif sont développés. Dans le but de valider l'applicabilité du modèle à des problèmes généraux de géomécanique, des simulations 2D ont été réalisées. Les résultats montrent la bonne application du modèle mathématique et le rôle hydraulique fondamental joué par les fractures.

Jan 1, 2003

By W. Wittke, J. Gattermann

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

Jan 1, 2003

By A. Haque

The shear behaviour of infilled joints produced from ordinary gypsum plaster (gyprock) and bentonite was investigated in the laboratory under Constant Normal Stiffness (CNS) conditions. Shear tests were performed on saw-tooth profiles having Joint Roughness Coefficients (JRC) of 4.75 and 9.25 under an initial normal stress (sno) of 0.30 to 1.10 MPa, and at a normal stiffness (kn) of 8.5 kN/mm. Test data under the same sno and infill thickness to asperity height ratio (t/a) were analysed for two different sets of JRC. The peak shear stress plotted against the t/a ratio under constant sno revealed an increase in peak shear stress with the increase in JRC, up to a t/a ratio of about unity. The effect of roughness on the peak shear stress was observed to be minimal when the t/a ratio exceeded 1.40. A mathematical model for the prediction of peak shear stress due to the increased infill thickness has been developed based on a hyperbolic stress-strain relationship and energy balance principles. The model predictions are in good agreement with the laboratory observations. Le comportement de cisaillement des joints remplis produits à partir de plâtre ordinaire et de bentonite a été étudié dans le laboratoire sous des conditions de rigidité normales constantes. Des essais de cisaillement ont été réalisés sur des profils en dents de scie ayant des coefficients de rugosité des joints (CRJ) variant de 4,75 à 9,25 sous un effort normal initial (sno) de 0,30 à 1,10 MPa, et une rigidité normale (kn) de 8,5 kN/mm. Le résultat des essais conduits sous la même contrainte et épaisseur de remplissage au rapport aspérité/hauteur (t/a) ont été analysés pour deux ensembles différents de CRJ. La variation de l'effort de cisaillement maximal contre le rapport t/a sous une contrainte normale constante a indiqué une augmentation de l'effort de cisaillement maximal avec l'augmentation du CRJ, jusqu'à un rapport de t/a proche de l'unité. L'effet de la rugosité sur l'effort de cisaillement maximal a été minimal quand le rapport t/a a excédé 1,40. Un modèle mathématique pour la prévision de l'effort de cisaillement maximal dû à l'épaisseur accrue du remplissage des joints a été développé sur la base de la variation entre contraintes hyperboliques et déformation et sur des principes de bilan énergétique. Les prévisions du modèle sont en bon accord avec les observations de laboratoire. Das Scherverhalten in mit gewöhnlichem Gips und Bentonit gefüllten Klüften wurde im Labor unter Bedingungen konstanter Normalsteifheit (CNS) untersucht. Scherversuche wurden durchgefürt für Sägezahnprofile mit Werten des Fugenrauhigkeitskoeffizienten (JRC) von 4.75 und 9.25 unter Normalspannungs-werten (sno) von 0.30 bis 1.10 MPa, und bei Normalsteifheit (kn) von 8.5 kN/mm. Testresultate für gleiche Werte von sno und Verhältnis Fülldicke zu Rauhigkeit (t/a) wurden untersucht für zwei verschiedene Werte von JRC. Die Beziehung zwischen maximaler Schubspannung und und t/a Verhältnis unter konstantem sno zeigte einen Anstieg der maximalen Schubspannung mit zunehmendem JRC, bis zu einem t/a Verhältnis von etwa 1.0. Der Einfluss der Rauhigkeit auf den Maximalwert der Schubspannung war minimal solange das t/a Verhältnis den Wert von 1.40 überstieg. Ein mathematisches Modell wurde entwickelt für die Vorhersage der Schubspannung die von zusätzlicher Fülldicke erwartet werden kann, ausgehend von einer hyperbolischen Spannungs-Dehnung Beziehung und dem Energiegleichgewichts-prinzip. Die Modellvorhersagen zeigten gute Uebereinstimmung mit den Laborbeobachtungen.

Jan 1, 2003

By J. Sepulveda

"Despite the recognized influence of product fineness on line capacity and downstream process performance, few mineral concentrators today use particle size measurement of the final product in automatic control applications for particle size. ‘Near-line’ particle size instrumentation has existed for decades and is utilized in modern concentrators, but low availability and measurement frequency, due to problems with slurry sampling and transport systems, make these technologies unreliable for use in automatic control. An innovative technology for real-time particle size measurement on individual hydrocyclones, named CYCLONEtrac™ PST (particle size tracking), has been developed by CiDRA Minerals Processing, and proven in commercial installations, demonstrating near 100% availability with minimal maintenance requirements, thus overcoming the limitations of previous technologies. Potential stakeholders require convincing, reliable information regarding the economic value delivered by automatic grind control projects. In this paper we present a methodology for estimating such value with the CYCLONEtrac™ PST technology, and demonstrate unique opportunities to improve process stability and performance. Based on actual plant data accumulated over time, the evaluation approach assesses and highlights the significant potential process improvement that can be expected with the particle size tracking technology. As an extension of previous work, in this paper we present the key operating criteria for optimizing the production of valuable metals and increase mill throughput by identifying the optimal grind size. As this requires operating closer to the process boundaries, accurate real-time particle size measurements, such as those provided by the CYCLONEtrac™ PST system, become essential for achieving the maximum potential value from every operation. For further illustration, data from three different copper plants is compared.Introduction Owners and operators of mineral concentrators constantly search for the most economically attractive way to increase the output of valuable metal. A logical approach is to identify a key parameter that has the greatest impact on the performance of multiple stages of the process and then use a holistic analysis methodology to determine how this key parameter can be controlled to optimize the final output.Particle size is widely recognized as such a key parameter; however, very few concentrators today use real-time particle size measurements for automatic control of the final product size due, to a large extent, to the inherent limitations of existing technologies. ‘Near-line’ particle size measurement instrumentation, which has been used for decades, typically suffers from low availability because the fundamental measurement technologies were developed for other, less demanding industries and then adapted to the harsh environment of the typical mineral concentration process. An outline of the key differences among the available technologies used for particle size measurement in comminution circuits has been completed in previous work, and plant data has proven the benefits of measurements on individual cyclones – something that, until now, has not been possible (Cirulis, 2017)."

Nov 1, 2018

By A. K. Singh, R. Singh, P. K. Mandal

On the basis of in situ study of pillar loading at different sites, an attempt is made in this paper to visualize the development of mining induced stress under varying geo-mining conditions. Field study demonstrated interesting interaction between size of pillar and nature of roof rock mass under the influence of increasing dimension of the excavation. Stiffness of pillars/overburden, extraction ratio and depth cover are observed to be the important parameters for the estimation of mining induced stress over the pillar. These parameters influence, both, the value of ultimate induced stress (vertical) and its range of influence ahead of the face line. Further, it is observed that the change in width/height (w/h) ratio of a pillar has got considerable influence over the nature of mining induced stress over it. Impact of highly dynamic nature of mining induced stress over the natural supports is observed to be the most serious factor for the safety of working under a hard and massive roof rock mass. On the basis of these observations, a conceptual model of interaction between the natural support and overlying strata is discussed in the paper. ZUSAMMENFASSUNG: Aufgrund ist in situ Studium von Säule Beladung an verschiedenen Stellen, ein Versuch in diesem Papier gemacht, die Entwicklung des Bergbaus vostellen sich, Spannung unter Änderung von Geo Bergbau von Bedingungen hat veranlaßt. Feld Studium hat interessante Wechselwirkung zwischen Größe von Säule und Natur von Dach Felsen Masse unter dem Einfluß von Vermehrung Dimension des excavation vorgeführt. Steifheit des Säulen Overburden, Herausziehung Verhältnisses und Tiefe sind beobachtet bedeckt, die wichtigen Parameter für die Schätzung des Bergbaus zu sein, Spannung über der Säule hat veranlaßt. Diese Parameter beeinflussen, beide, der Wert allerletzter veranlaßter Spannung (senkrecht) und sein Bereich des Einflusses voraus von der Gesicht Linie. Weiter ist, es beobachtet, daß die Änderung in Breite Höhe (W H) Verhältnis einer Säule beträchtlichen Einfluß über der Natur des Bergbaus erhalten hat, Spannung hat darüber veranlaßt. Schlag sehr dynamischer Natur des Bergbaus ist Spannung über den natürlichen Stützen beobachtet hat veranlaßt, der ernsteste Faktor für die Sicherheit des Arbeitens unter einer harten und massiven Dach Felsen Masse zu sein. Aufgrund dieser Beobachtungen, ein begriffliches Modell der Wechselwirkung zwischen der natürlichen Stütze und der überlagernde strata ist im Papier diskutiert. RESUME: En se basant sur dans l'étude de situ de chargement de pilier aux sites différents, une tentative est faite dans ce papier pour envisager le développement de creuse la tension persuadée sous varier de conditions de geo creuse. L'étude de champs a démontré l'interaction intéressante entre la taille de pilier et la nature de masse de rocher de toit sous l'influence d'augmenter de dimension de l'excavation. La raideur de piliers overburden, la proportion d'extraction et la couverture de profondeur est observée pour être les paramètres importants pour le jugement de creuse la tension persuadée par-dessus le pilier. Ces paramètres influencent, les deux, la valeur de tension persuadée ultime (vertical) et sa gamme d'influence en avant de la ligne de face. Plus, il est observé que le changement dans la largeur hauteur (le w h) la proportion d'un pilier a reçu l'influence considérable par-dessus la nature de creuse la tension persuadée par-dessus il. L'impact de nature extrêmement dynamique de creuse la tension persuadée par-dessus les soutiens naturels est observé pour être le facteur le plus sérieux pour la sûreté de fonctionnement sous une masse de rocher de toit dure et massive. En se basant sur ces observations, un modèle conceptuel d'interaction entre le soutien naturel et les couches recouvrant est discuté dans le papier.

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 S. D. Dladla, S. Ramsamy

The majority of the tailings dam operations in South Africa will be required to comply with the new Global Industry Standard on Tailings Management (GISTM) within the next one to three years, depending on the dam classification and the requirements of the respective investors and insurers. With up to 72 auditable requirements, the implementation of the Standard needs careful planning and prioritization. This paper focuses on the practical steps to GISTM compliance for tailings facilities in operation in South Africa. The discussions are based on current practices, South African regulations, and industry standards requirements. The possible changes in dam classifications and the associated requirements are presented.

Jun 2, 2022

By W. R. Matizamhuka

"The consolidation of nano-sized composite materials presents a challenge using conventional hot pressing methods. Spark plasma sintering (SPS) technology has shown great promise in the successful sintering of nanoreinforced composite materials. This qualitative review seeks to impart knowledge gathered, and progress made over the years on the consolidation of nanocomposite materials using SPS technology. The review is aimed at introducing this technology to the South African science and engineering community. Emphasis is on improving the mechanical properties of structural ceramic nanocomposite materials, which over the years have shown great promise in a wide range of applications, including transport, energy, mining, and the environment. Although success has been achieved within the laboratory for research purposes, there are still great opportunities to commercialize the technology for the production of larger components with more complex shapes.IntroductionSince the pioneering work of Niihara and Nakahira (1991) over a decade ago there have been extensive attempts to harness the potential of nanostructural metals, ceramics, and composites in a number of applications (Niihara and Nakahira, 1991; Selaho et al., 1997; Sekino and Niihara, 1995; Khalil, 2012; Aalund, 2008). It is generally realized that reducing the grain size of materials to nanoscale offers a significant improvement in properties. Attempts to synthesize nanostructured compacts by conventional sintering methods have not succeeded owing to the uncontrollable high rates of grain growth driven by long dwelling times at the sintering temperatures and large powder surface areas (Sergueeva et al., 2009; Gua, Khora, and Chieng, 2004; Tang et al., 2009). Following the development of spark plasma sintering (SPS) technology, it is now possible to process nanocrystalline materials with controlled grain growth. SPS, also referred to as the field-assisted sintering technique (FAST) or pulsed electric current sintering (PECS), was developed with the aim of improving on the well-established hot pressing (HP) technology (Kessel and Hennicke, 2007;"

Jan 1, 2016