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By R. T. Jones

"SynopsisScientific progress relies on the publication of ideas and experimental results that can be replicated, tested, and improved over time. The first printed book on metallurgy to have been published in Europe is considered to be De la Pirotechnia, written in Italian by Vannoccio Biringuccio, and published in Venice in 1540. Together with De Re Metallica, written by Georgius Agricola and published in Latin in 1556, this can be considered to mark the start of scientific and technical literature in this field. Scientific publishing of journal papers has been in existence for 350 years, since the world's oldest and longest-running scientific journal, the Philosophical Transactions of the Royal Society, was first published in London in 1665.The nature of scientific societies has changed significantly since the early days when regular meetings were held to discuss science and conduct experiments, and the reading of scientific papers took place, and publication of papers was undertaken to record the proceedings of meetings, often including rather robust debate. In today’s world, there is a plethora of publications, and it is close to impossible for anyone to keep up with the vast flow of information. International conferences with hundreds of presentations have taken the place of the local meetings that used to discuss a single paper or experiment. In this frenetic environment, it is essential that researchers are able to trust the material they read.The system of peer review is used to maintain standards and to improve the quality of papers. This vital system is, however, significantly flawed. There is little incentive for reviewers to invest sufficient time in picking up all errors in publications, and any ineptitude on their part is usually protected by anonymity. It has reached the point where some reviewers have mistakenly permitted the publication of hoax papers deliberately presented with a complicated scientific facade. In light of such astounding inadequacies, perhaps a more open review process would be an improvement. Electronic publishing allows errata to be linked to the original papers.There is an increasing trend towards open access for papers in scientific journals and conference proceedings, which helps to reach as wide an audience as possible. This also supports the statement in the Universal Declaration of Human Rights, which says ‘everyone has the right freely to … share in scientific advancement and its benefits’."

Jan 1, 2015

By J. W. Klokow, S. L. Mulder

Early removal of the shaft reef is usually considered necessary on deep level South African gold mines to avoid damaging stress build-up associated with traditional shaft-protection pillars. In the case of the relatively shallow Beatrix Gold Mine it was largely motivated by early access to ore and the consequent earlier return on invested capital. A number of options were considered to protect the shaft from possible damaging stress changes and to minimise deformations in the shaft-reef area. Numerical modelling was used to evaluate the options and to quantify as accurately as possible the likely deformations to be accommodated by the shaft steelwork designs. The option chosen was a combination of strategically placed satellite pillars and yield pillars, and backfill. Following the mining of a small inner cut during the shaft sinking process, full-scale mining is progressing away from the shaft. Suitable instrumentation has been installed to monitor deformations associated with the shaft reef removal. Enlever rapidement le filon du puits est en général considéré nécessaire dans les galeries de fond des mines d’or sud-africaines pour éviter l’accumulation nuisible de contraintes associée aux piliers de protection de puits traditionnels. Dans le cas de la mine d’or Beatrix, relativement peu profonde, l’enlèvement était motivé en grande partie par l’accès rapide au minerai et par conséquent un profit plus rapide sur l’investissement. Un certain nombre d’options furent considérées pour protéger le puits contre les changements de contraintes potentiellement nuisibles, et pour minimiser la déformation dans l’aire puits/filon. La modélisation numérique fut utilisée pour évaluer les options et pour quantifier aussi précisément que possible les déformations probables que la conceptualisation du puits devrait prendre en compte. L’option choisie fut une combinaison de piliers satellites placés à des points stratégiques avec des piliers de protection, et terre de remblayage. Pendant le fonçage de puits une petite coupure intérieure fut exploitée, et maintenant l’exploitation à grande échelle, au-delà du puits, est en cours. Les instruments nécessaires ont été installés pour surveiller les déformations associées à l’enlèvement du filon du puits. Die frühe Entfernung des Riffschachtes wird normalerweise bei südafrikanischen Tiefbaugoldmienen als notwendig erachtet um den zerstörende Druckaufbau zu vermeiden, welcher mit traditionellen Schachtschutzpfeilern verbunden ist. Im Fall der verhältnismäßig flachen Beatrix Goldmine war es hauptsächlich vom frühen Zugang zum Erz und dem konsequenten frühen Rückfluß des investierten Kapitals motiviert. Eine Anzahl an Optionen wurde erachtet um den Schacht vor möglichen zerstörenden Druckänderungen zu schützen und Deformationen im Riffschachtbereich zu minimieren. Um die Optionen zu bewerten und mögliche Deformationen so genau wie nur möglich quantitativ darzustellen die von den Schachtstahlkonstruktionen aufgenommen werden müssen, wurden numerische Modelle verwendet. Die gewählte Option war eine Kombination aus strategisch plazierten exzentrischen Pfeilern und Schutzpfeilern sowie Hinterfüllungen. Nach dem Vortrieb eines kleinen inneren Einbruches während des Abteufens wird der Vollvortrieb vom Schacht weg vorgenommen. Um die Deformationen, die mit der Riffschachtentfernung verbunden sind zu überwachen, müssen geeignete Instrumentenausrüstungen installiert werden.

Jan 1, 2003

By V. Labiouse, M. Jaboyedoff

GIS documents are of great interest for a quick and low-cost determination of areas endangered by rockfalls. They allow (i) the detection of potential instabilities from steep slopes and cliff areas, and (ii) the preliminary estimation of potential run-out areas by means of a so-called cone method. After the presentation of the tools used to compute these areas, the paper focuses on two methods developed for a preliminary hazard mapping, one at regional scale and the other at local scale. Mittels GIS-Dokumenten können von Steinschlag bedrohte Gebiete schnell und kostengünstig ermittelt werden. Die sogenannte Kegelmethode erlaubt die Erkennung potentiell instabiler Zonen von Steilhängen und Felswänden sowie eine erste Einschätzung der möglichen Reichweiten. Nach der Vorstellung der zur Berechnung der bedrohten Gebiete benötigten Hilfsmittel stellt der Artikel zwei Methoden zur vorläufigen Gefahrenkartierung in lokalem und regionalem Maßstab vor. Les SIG sont très intéressants pour une détermination rapide et peu onéreuse des zones affectées par des chutes de blocs. Ils permettent une détection des zones potentiellement instables et une estimation sommaire des zones de propagation des blocs par une méthode dite des cônes. Après la description des outils utilisés pour définir ces zones, l’article expose deux méthodologies élaborées pour un zonage préliminaire du danger, l’une à l’échelle régionale et l’autre à l’échelle locale.

Jan 1, 2003

By Van Sint JanM., M. Prudencio

ABSTRACT We report the results of a model-testing program to evaluate the strength characteristics of non-persistent joints. We describe the conditions under which new tensile cracks generate and propagate to connect existing joints so that the rock mass becomes fractured into several blocks, leading to a low strength. The strength of some models was equal to that along a single joint through the full sample length. In models with two joint sets, failure took place along a composite plane, partly sliding along a discontinuous joint and shearing through the intervening intact block of rock, or else by rotation and sliding of the blocks. This last failure mode could also lead to very low model strength. ZUSAMMENFASSUNG Dieser Bericht beschreibt die Ergebnisse von Versuchen mit Modellfelsmassen um den Einfluâ von unterbrochenen Rissen in ihrer Widerstandsfähigkeit zu untersuchen. Es werden die Umstände beschrieben unter denen neue Zugrisse entstehen, sich verbreiten, sich mit bestehenden Rissen verbinden und die Felsmasse in mehrere Felsblöcke zerlegen und zu einer kleinen Widerstandsfestigkeit führen. Der Widerstand einiger Versuchskörper entsprach der Festigkeit eines Risses der die ganze Länge des Versuchskörpers überquert.Versuchkörper mit zwei Rißfamilien versagten unter einer zusammegesetzten Ebene, zum Teil mit Verschiebungen nach unterbrochenen Rißebenen die sich durch Schnittversagen intakter Felsblöcke verbinden, und zum Teil durch Drehungen und Verschiebungen einzelner Felsblöcke. Die letzte Versagunsart kann zu einer stark verminderten Widerstansfähigkeit führen. RÉSUMÉ Nous présentons les résultats de quelques essais fait sur des modèles évaluant les caractéristiques de résistance des fractures discontinues. Nous décrivons les conditions sous lesquelles des nouvelles fissures de traction peuvent s’engendrer et se propager pour faire la connection avec des fractures existantes, de façon que le rocher se fracture en plusieurs blocs, menant à une résistance réduite. La résistance de quelques modèles fut égale a celle d’une fracture traversant toute la longueur du modèle. Pour les modèles ayant deux ensembles de fractures, la rupture a eu lieu sur une surface mixte, causée d’une part, par le glissement sur une fracture discontinue et d’autre part, par la rupture à travers le pont de matériel intact; ou bien par rotation et glissement des blocs. Cette dernière façon de rupture peut aussi aboutir à une très faible résistance des modèles.

Jan 1, 2003

By Y. Mitani, F. Vallier, T. Esaki

Shear-flow coupling tests are conducted using an original apparatus, and a shear-flow coupling model using Geographic Information System (GIS) is developed in order to evaluate shear-flow coupling properties of a rock joint. Shear-flow coupling tests indicate that the hydraulic conductivity of joint once decreases, and then rapidly increases at the shear displacement near the peak shear stress. The proposed model simulates the test results relatively well. However it indicates that it is difficult to apply the local ‘cubic law’ model in the initial shear stage, in which the change of selective flow path is remarkable. Scher-Fliess-Kopplungsversuche werden mit einem neuartigen Versuchsgerät durchgeführt und mithilfe von Geo-Informationssystemen (GIS) gedeutet, um so ein Modell für die Scher-Fliess-Kopplung in Gebirgstrennflächen zu entwickeln. Die Versuche zeigen, dass die hydraulische Leitfähigkeit zuerst abnimmt, dann aber schnell wieder zunimmt sobald die maximale Scherfestigkeit erreicht ist. Das vorgestellte Modell bildet die Testergebnisse relativ gut nach. Es zeigt auch, dass es schwierig ist, das lokale Cubic Law im Initialstadium der Scherbeanspruchung anzuwenden, in dem die Variationen selektiver Fliesswege gross ist. Les essaies hydro-mécaniques couplés en cisaillement sont réalisés grâce à un appareil éxperimental prototype et un modèle de couplage hydro-mécanique utilisant le S.I.G (systeme d'information géographique) développé dans le but d'évaluer les propriétés hydro-mécaniques des joint rocheux. Les résultats indiquent que la conductivité hydraulique des joints décroit puis augmente rapidement en se rapprochant du pic de cisaillement. Le modèle proposé simule relativement bien les résultats expérimentaux ; mais indique également qu’il est difficile d’appliquer localement la loi cubique au début du cisaillement où, les changements d’orientation dans le réseau d'écoulement sont considerables.

Jan 1, 2003

By B. Amadei, F. Tonon

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

Jan 1, 2003

By J. H. Rhee, H. B. Ku, J. S. Lee, H. J. Park, B. S. Jang

A large wedge failure had occurred in the study area which was under construction. Therefore, in order to analyze the potential instability for this rock slope, the authors conducted numerical analysis with DEM and then the behaviour of rock mass was analysed after appropriate reinforce-ments were applied. Ein großer Keildefekt geschah in dem Untersuchungsgebiet, das im Bau befindlich ist. Deshalb, um die potentielle Unbeständigkeit für diesen Felsenabhang zu analysieren, führen die Urheber zahlenmäßige Analyse mit DEM. Und dann wird die Bewegung der Felsenmasse ana-lysiert, nachdem angemessene Verstärkungstruppen angewandt werden. Un grand échec de coin sèst passé dans le région étudié qui était en construction. Par conséquent afin d’analyser linstabilité potentielle de cette pente de roches, les auteurs ont mené une analyse numérique avec DEM. Ensuite le comportement de la masse de roches pourrait être analysée après les renforts appropriés étaient appliqués.

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 B. Haimson

A new loading apparatus was fabricated and used to conduct true-triaxial compression tests on KTB amphibolite, a crystalline basement rock. Tests in dry jacketed samples reveal that the intermediate principal stress has a significant effect on the onset of dilatancy and on rock strength, contrary to the implicit assumption made by Mohr-type failure criteria. Failure is induced through a shear fracture that dips steeply in the direction of the least principal stress. Experimental results lead to a new generalized strength criterion in terms of all three principal stresses. Unjacketed KTB amphibolite specimens, exposed to confining fluid, are considerably weaker than the jacketed ones, despite the negligible porosity and permeability. Failure is facilitated by several closely spaced subparallel tensile cracks normal to the least stress direction. SEM analysis suggests that microcracks developed upon dilatancy onset are penetrated and extended by the confining fluid, bringing about the unexpected rock failure mechanism at reduced stress levels. Un nouveau dispositif à chargement fut fabriqué et utilisé afin de réaliser un vrai essai de compression tri-axial sur KTB amphibolite, une roche cristalline du sous-sol. Les essais effectués sur échantillons enveloppés et secs révèlent que les contraintes principales intermédiaires affectent considérablement le début de la dilatance et la résistance de la roche, contrairement à la supposition fondée sur le critère de rupture de Mohr. La rupture est produite grâce à une cassure de cisaillement très incliner en direction où la contrainte principale est moindre. Ces résultats expérimentaux indiquent un nouveau critère de rupture général en fonction des trois contraintes principales. Les échantillons de KTB amphibolites sans enveloppe, exposés à un liquide confiné, sont considérablement plus faibles que ceux enveloppés, malgré la porosité et la perméabilité négligeable. La rupture est facilitée par plusieurs fissures de traction adjacentes et sub-parallèles, normales à la plus petite contrainte principale. L’analyse SEM suggère que les micro-fissures développent suivant le début de la dilatance, elles sont pénétrées et agrandies par le liquide confiné, produisant un mécanisme de rupture de roche inattendu, ceci à un niveau de contrainte réduit. Ein neuer Ladungsapparat wurde hergestellt um real - triaxiale Druckfestigkeitsversuche in KTB Amphibolit, einem kristallinen Grundgebirgsgestein, durchzuführen. Messungen in trockenen, bedeckten Proben zeigen that die mittlere Hauptspannung eine bedeutende Wirkung auf das Einsetzen von Dilatanz und auf die Stärke des Gesteins hat, im Gegensatz zu der impliciten Annahme auf Grund von Mohr-ähnlichen Versagungskriterien. Versagen ist induziert durch eine Scherfraktur die sich steil in die Richtung der geringsten Haupspannung nach unten senkt. Messergebnisse führen zu einem neuen, verallgemeinerten Stärke Kriterium dass auf alle drei Hauptspannungen basiert ist. Unbedeckte KTB Amphibolit Proben, die unmittelbar den umgebenden Fluiden ausgesetzt sind, sind wesentlich schwächer als bedeckte, trotz geringfügiger Permeabilität und Porosität. Versagen wird gefördert durch mehrere, nebeneinander liegende, sub-parallele Spannungsbrüche, normal zu der geringsten Spannungsrichtung. SEM Analyse lässt vermuten dass Mikrobrüche, die sich beim Überschreiten der Dilatanzschwelle entwickeln, durch die umgebenden Fluiden fortgepflanzt und weiter verbreitet werden, und unerwartet, auf Grund der reduzierten Spannungswerte, den Versagungsmechanismus des Gesteins einleiten

Jan 1, 2003

Ground control problems in the form of large dome or wedge collapses have been experienced at Tau Lekoa Mine since production began. Crush pillars in various configurations have been used and through a process of trial and error the current pillar layout has been derived. A strike pillar layout is used and additional mid-panel pillars are left spaced a maximum of 10m or 16m apart, depending on conditions and mining direction. Pillar spacing is based on an empirical relationship between fallout height and pillar spans. Analysis of the spatial distribution of large falls of ground indicates that there may be several geotechnical relationships contributing to stable pillar spans. The current focus is to define the relationship between geotechnical areas and hangingwall stability so that area specific support strategies can be formulated that could result in increased production efficiencies. Depuis le début de la production, la mine Tau Lekoa a connu des problèmes de contrôle au sol, sous la forme d’effondrements de grands dômes ou coins. Des piliers d’écrasement, dans des configurations variées, ont été utilisés et une série d’essais a résulté en la disposition de piliers en cours. Une configuration de piliers de direction est utilisée, et des piliers mi-panneau supplémentaires sont laissés, espacés d’un maximum de 10m ou 16m, selon les conditions et la direction de la mine. L’espacement des piliers est établi sur une relation empirique entre la hauteur des retombées et les intervalles entre piliers. L’analyse de la distribution spatiale de grandes tombées de terrain indique qu’il peut y avoir plusieurs relations géotechniques qui contribuent à des intervalles de piliers stables. L’intérêt présent est de définir la relation entre les zones géotechniques et la stabilité du toit, pour pouvoir formuler des stratégies de support spécifiques à un endroit, ce qui entraînerait des accroissements de production. Bodenkontrollprobleme traten seit Produktionsbeginn in Form von grossen Keil oder Dachhaubenbrüchen in der Tau Lekoa Mine auf. Bruchpfeiler in verschiedensten Konfigurationen wurden verwendet und auf Grund empirischer Fakten wurde das gegenwärtige Pfeilerlayout abgeleitet. Ein Layout für Strukturpfeiler wird verwendet und zusätzliche mittig situierte Pfeiler in einem Maximalabstand von 10m bis 16m installiert, abhängig von den Konditionen und der Vortriebsrichtung.Der Pfeilerabstand basiert auf dem empirischen Verhältnis Fallhöhe und Pfeilerspannweite. Die Analyse der räumlichen Verteilung großer Bodenabsenkungen deutet an, daß es einige geotechnische Verhältnisse geben kann, die zu stabilen Pfostenspannweiten beitragen. Der gegenwärtige Fokus soll das Verhältnis zwischen geotechnischen Bereichen und Stollendeckenstabilität definieren, damit bereichspezifische Unterstützungsstrategien formuliert werden können, welche in erhöhter Produktionsleistung resultieren könnten.

Jan 1, 2003

By G. du T. Judeel

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

Jan 1, 2003

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

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

Jan 1, 2003

By J. N. Van der Merwe, D. P. Roberts

The two components of pillar design formula being used in South Africa are pillar strength and pillar load. While considerable effort has been directed to the determination of pillar strength, the other half of the safety factor equation, the load, has not received the same amount of attention. The load acting on pillars has always been calculated using the Tributary Area Theory (TAT). This paper summarises the recent studies on coal pillar loading using various numerical models. It concludes that although there are meaningful differences under certain circumstances, there is still a compelling argument to use the TAT in coal pillar design. Les deux parties composantes de la formule de conception de pilier généralement utilisée en Afrique du Sud sont la résistance de pilier et la charge de pilier. Tandis que des efforts considérables on été dirigés vers la détermination de la résistance de pilier, l’autre moitié du facteur de sécurité n’a pas reçu la même attention. La charge agissant sur les piliers a toujours été calculée avec la Théorie d’Aire Tributaire (TAT). L’étude présente résume les études récentes sur la charge de pilier de charbon utilisant des modèles numériques variés. La conclusion est que bien qu’il y ait des différences significatives selon les circonstances, il y a toujours un argument puissant pour utiliser le TAT dans la conception de pilier de charbon. Die in Südafrika für die Auslegung von Pfeilern verwendeten zwei Formelkomponenten sind Pfeilerstärke und Pfeilerbelastung. Während beträchtlicher Aufwand zur Bestimmung der Pfeilerstärke gemacht wurde, wurde der anderen Hälfte der Sicherheitsfaktorsgleichung nicht die gleiche Aufmerksamkeit gewidmet. Die auf die Pfeiler wirkende Last wurde immer unter Verwendung der Tributary Area Theory (TAT) berechnet. Diese Arbeit fast neuere Studien betreffend der Belastung von Kohlepfeilern unter Verwendung verschiedener numerischer Modelle zusammen. Die Schlussfolderung ist, daß obwohl unter bestimmten Vorraussetzungen bedeutende Unterschiede existieren, nach wie vor ein bezwingendes Argument besteht TAT in der Kohlepfeilerauslegung zu verwenden.

Jan 1, 2003

By A. V. Z. Brink

Rock engineering risk is defined in this paper as a function of the potential ground motion; the vulnerability of the workplace; exposure of people; and a general term – quality of information. The paper describes the development of prototype software that is a combination between an expert system approach for determining overall risk assessment, a risk control recommendation and a basic GIS (Graphic Information System) approach for graphically overlying input parameters and the output risk. The expert system uses a Bayesian probabilistic approach to combine various workplace-related information, a quantified seismological environment and the exposure of underground staff to provide an overall RE risk rating. The risk assessment is dynamic in that it is recalculated each time that any of the input parameters change, for example each time a seismic event is recorded in the area of interest. The code was tested on a data set from Savuka Gold. As risk assessment is not an absolute prediction of a specific outcome, it is therefore not possible to relate to individual case studies and the reliability of this method would only be determined after an extensive period of use with appropiate back-analysis. Le risque dans le génie minier est défini dans cette étude comme une fonction du mouvement potentiel de terrain ; la vulnérabilité du lieu de travail ; l’exposition des personnes ; et un terme général – la qualité de l’information. L’étude présente décrit le développement d’un logiciel prototype qui est une combinaison entre une démarche de système expert pour déterminer une évaluation générale du risque, une recommandation pour le contrôle du risque, et une démarche de SIG (Système d’Information Géographique) pour superposer graphiquement les paramètres d’entrée et le risque de sortie. Le système expert utilise une méthode de probabilité bayésienne pour combiner des informations variées sur le lieu de travail, des données quantifiées sur l’environnement sismique, et l’exposition du personnel travaillant sous terre, pour finalement produire un classement général de risque minier (RE). L’évaluation du risque est dynamique en ce sens qu’elle est recalculée à chaque fois qu’un des paramètres d’entrée change, par exemple à chaque fois qu’un évènement sismique est enregistré dans la région. Le code fut testé sur un ensemble de données obtenues de Savuka Gold. Comme l’évaluation du risque ne constitue pas une prédiction absolue d’un résultat spécifique, elle est par conséquent difficile à rattacher à des cas individuels et la validité de cette méthode ne pourrait être déterminée qu’après une longue période d’utilisation avec analyse rétrospective appropriée. Das Gesteinstechnikrisiko wird in dieser Arbeit als Funktion einer möglichen Bodenbewegung definiert; die Anfaälligkeit des Arbeitsplatzes; das Ausgesetztsein der Belegschaft; und ein genreller Begriff - Qualität der Informationen. Das Papier beschreibt die Entwicklung einer Prototyp-Software, die eine Kombination zwischen einem Expertensystemzugang für die Bestimmung der gesamten Risikobeurteilung ist, eine Empfehlung zur Risikokontrolle und eines fundamentalen GIS (graphisches Informationssystem) Zuganges für graphisch darüberliegende Eingangsparameter und das Outputrisiko. Das Expertensystem verwendet eine bayesische Wahrscheinlichkeitsannäherung, um verschiedene mit dem Arbeitsplatz in Verbindung stehende Informationen, ein quantitativ bestimmtes seismologisches Umfeld und das Ausgesetztsein des Untertag-Personals zu kombinieren, um eine gesamte RE-Risikobewertung zur Verfügung zu stellen. Die Risikobeurteilung ist insoferne dynamisch,daß sie stets nachkalkuliert wird wenn sich irgendeiner der Eingangsparameter ändert, z.B. jedesmal wenn ein seismischer Fall im Interessensbereich aufgezeichnet wird. Der Code wurde auf einem Datenbestand von Savuka Gold geprüft. Da die Risikobeurteilung nicht eine absolute Vorhersage eines spezifischen Resultates ist, es ist folglich nicht möglich, sich auf einzelne Fallstudien zu beziehen und die Zuverlässigkeit dieser Methode könnte nur nach einer umfangreichen Benutzungsdauer mit geeigneter Postanalyse bestimmt werden.

Jan 1, 2003

By H Möller

The purpose of this paper is to give an overview of the corrosion behaviour of steel in seawater. It is shown that the corrosion products (oxy-hydroxides and calcareous deposits) that are formed during corrosion in seawater have a significant effect on the corrosion behaviour of steel. The chemical composition of the steel determines how protective the oxy-hydroxide corrosion product is. The composition of the seawater influences the nature of the calcareous deposits. This needs to be considered when artificial solutions are used to simulate the corrosion behaviour of steel in seawater. A 3.5% NaCl solution is used frequently for this purpose, but because no calcareous deposits can be formed in this solution, erroneous results in terms of corrosion rates are obtained. The more complex ASTM D1141 artificial solution can be used to include the effects of ions other than Na+ and Cl- in synthetic seawaters. The importance of these other ions on the formation of calcareous deposits is discussed. Keywords: Steel, corrosion, seawater, calcareous deposits, oxy-hydroxides

Jan 1, 2006

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 J. Gómez-Hernández, P. K. Kaiser

Abstract The process of stress-induced fracturing around underground excavations in brittle rock is associated with dilation or volume increase of the failed, fractured rock. Different attempts to account analytically for this dilation have been made within the framework of plasticity theory. This theory has been developed mostly for metals, strain-hardening materials or soils, but brittle failure of rock-like materials is characterized by strain-softening behaviour and the volume change is dominated by geometric factors, which may violate stability principles of plasticity. In this work a semi-empirical Rock Mass Bulking Model (RMBM) was developed, using as starting concepts: dilation angle, plastic strain rates, effective deformation modulus, effective Poisson's ratio, Griffith locus, and the definition of a bulking factor BF introduced by Kaiser et al. (1996). The model was calibrated in order to obtain bulking factors that are consistent with experimental data and case studies of measured bulking around underground excavations. Résumé La fracturation provoquée par le stress autour des excavations souterraines dans le minéral friable est associée à la dilatation ou à l’augmentation du volume de la roche en rupture. Dans le cadre de la théorie de la plasticité, différents essais ont été faits dans le but de trouver une justification analytique pour cette dilatation. Cette théorie a d’abord été élaborée pour les métaux, les matériaux ou les sols d’écrouissage, mais la rupture fragile de matériaux d’aspect rocheux est caractérisée par un comportement d’amollissement et le changement de volume est dominé par des facteurs géométriques, ce qui pourrait ne pas être conforme aux principes de stabilité de la plasticité. Dans le présent ouvrage, un Modèle semi-empirique de masse rocheuse a été élaboré, dont les concepts initiaux sont les suivants : angle de dilatation, vitesse de fluage plastique, module effectif de déformation, coefficient effectif de Poisson, locus de Griffith, et la définition d’un facteur de foisonnement FF apportée par Kaiser et al. (1996). Le modèle a été calibré afin d’obtenir des facteurs de foisonnement qui soient conformes aux données expérimentales et aux études de cas sur le foisonnement mesuré autour des excavations souterraines. Kurzfassung Der Prozess von Brüchen in unterirdischen Abgrabungen in sprödem Gestein ist mit der Ausweitung oder der Volumenzunahme des gebrochenen Gesteins verbunden. Verschiedene Versuche im Rahmen der Verformbarkeitstheorie haben versucht, diese Ausweitung analytisch festzustellen. Die Verformbarkeitstheorie wurde hauptsächlich für Metalle, kalthärtende Werkstoffe oder Böden entwickelt, da sprödes Versagen von Gestein ähnlichen Werkstoffen von kaltenhärtendem Materialverhalten gekennzeichtnet ist, und die Volumenveränderung von geometrischen Faktoren beherrscht wird, die die Stabilitätsprinzipien der Plastizität übertreten. In dieser Arbeit wurde ein halbempirisches Rock Mass Bulking Model (RMBM) (Modell für das Aufgehen der Gesteinsmasse), entwickelt, für das die folgenden Anfangsprinzipien benutzt wurden: Ausweitungswinkel, plastische Fliessensätze, wirksames Verformungsmodul, leistungsfähiges Poissons Verhältnis, die Griffith Ortskurve und die Bestimmung eines Aufgehensfaktor BF1 der von Kaiser et al. (1996) eingefürt wurde. Das Modell wurde so kalibriert, dass es die Aufgehenfaktoren erzielte, die mit den Vesuchsangaben und den Fallstudien von Aufgehensmessungen in unterirdischen Abgrabungen übereinstimmen.

Jan 1, 2003

By R. T. Jones

Technical publications in the field of mining and metallurgy have existed for a long time. Recent developments in electronic publishing on websites make it possible to disseminate information more widely and cost-effectively than before. Professional societies have an opportunity to serve their members and their industry by publishing high-quality peer-reviewed papers on their websites as well as in printed form. Older publications can be scanned, and optical character recognition used to provide searchable text. Various business models exist around this process. This paper outlines the approach used by the Southern African Institute of Mining and Metallurgy (SAIMM) to provide free open access to their journal papers and conference proceedings, as well as the work being done by OneMine.org to collect technical papers from a number of international societies and make them available to subscribers via a large database. An approach is outlined that should be of benefit to authors, readers, and society at large.

Jan 1, 2012

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

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

Jan 1, 2003

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

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

Jan 1, 2003