Search Documents

By A. Rejeb, A. Millard

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

Jan 1, 2003

By N. Kinoshita, Y. Inada

The authors have proposed and discussed storage of low temperature materials such as LNG, LPG and frozen food in rock caverns. In this case, as the rock mass around the caverns will receive effects of low temperature, it is necessary to consider the thermal behavior and the stability of caverns. In this study, strength and deformation characteristics obtained by the uniaxial tension test and the compression test at low temperatures were discussed. Using the results, temperature and stress distribution around caverns when LNG was stored, were analyzed. Then thermal behavior of the rock mass around caverns was discussed. Die Autoren haben Lagerung von Niedertemperatur-Materialien wie LNG, LPG und tiefgefrorenen Nahrungsmitteln in Felskavernen vorgeschlagen und diskutiert. Da in diesem Fall die Felsmasse um die Kavernen den Effekten der niedrigen Temperatur ausgesetzt ist, ist es erforderlich, das Thermalverhalten und die Stabilität der Kavernen zu berücksichtigen. In dieser Untersuchung wurden Stärke-und Deformationseigenschaften, die durch ein-axialen Spannungstest und Kompressionstest bei niedrigen Temperaturen erhalten wurden, diskutiert. Mit diesen Ergebnissen wurden Temperatur- und Stressverteilung um die Kavernen bei Lagerung von LNG analysiert. Dann wurde das Thermalverhalten der Felsmasse in der Umgebung der Kavernen diskutiert. Les auteurs proposent et discutent l'entreposage de matériaux à basse température, tels que le GNL, le GPL et des aliments congelés, dans des cavités rocheuses. Comme, dans ce cas, la masse rocheuse entourant la cavité subit les effets des basses températures, il est nécesaire d'étudier le comportement thermique et la stabilité des cavités. Dans cette étude, les auteurs discutent des caractéristiques de résistance et de déformation, obtenues par essai de tension uniaxial et essai de compression à basse température. En se servant des résultats, ils analysent la répartition de la température et des pressions autour des cavités, lors du stockage de GNL. Ils discutent ensuite le comportement thermique de la masse rocheuse autour des cavités.

Jan 1, 2003

By M. Tanaka, K. Aoki, T. Mori, H. Morioka, K. Iwano, T. Kanagawa

To estimate the detailed characteristics of the rock around the cavern during excavation, new monitoring technique for dynamic properties of the rock has been applied. In this paper, micro-seismic monitoring and AE monitoring technique are applied to the excavation of large underground rock cavern and the result was discussed to clarify the acutal behavior of EDZ around the cavern. Zur Einschätzung der Gesteinseigenschaften um die Ausschachtung herum haben die Autoren eine Technik eingesetzt, mit der die physikalischen und dynamischen Änderungen im Gestein um den Schacht während der Ausschachtung beobachtet werden. In der vorliegenden Studie wurde zur mikroseismischen Überwachung ein AE Überwachungsverfahren eingesetzt und die Autoren berichten über die Veränderungen in den Gesteinseigenschaften um die Ausschachtung herum. Dans le but d'évaluer en détail les propriétés des roches qui forment les parois des cavernes creusées, les auteurs ont utilisé une technique de mesure permettant d’observer les modifications physico-dynamiques des roches aux alentours de la caverne pendant son excavation. Dans le cadre de cet article, une technique de surveillance de l’agitation et du bruit microséismiques a été mise en œuvre et les auteurs font état de la modification des propriétés de la roche environnante.

Jan 1, 2003

By S. O. Choi, H. -S. Shin, W. -K. Song

Nuclear waste should be disposed with the best warranty for the national health and welfare. Among the several repository systems, the deep underground disposal is considered to be a most suitable system in Korean peninsula. However it demands basically the comprehensive stability analysis such as the behaviour of discontinuities in rock mass, the behaviour of ground water, and the reaction of rock stress according to the heat from the nuclear waste. For these purposes, the underground nuclear waste disposal repository was simulated in two- and three- dimensions. It shows that emphasis will be given to the thermal conductivity of discontinuities and the thermal convection of ground water as well as the thermal stress generated by the nuclear waste for design and construction of repository system, and they should be obtained from the field measurements. Déchets nucléaires devront tre déposés avec la meilleure garantie pour la santé et le bien public. Parmi les plusieurs systèmes de dépôt, la disposition en souterrin profond est considérée au système le plus approprié en Corée. Pourtant ce système demande essentiellement l’analyse éten-due de stabilité comme le comportement des discontinues en masse rocheuse, le comportement de l’eau souterrin et la réaction des contraintes de roche selon la chaleur depuis les déchets nucléaires. Pour ce but, le dépôt des déchets nucléaires en sous-sol a étè simulé en deux et trois dimensions. Il montre que l’accent sera donné à la conductivité thermale des discontinues et la convection thermale de l’eau souterrin aussi bien que la contrainte thermale générée par les déchets nucléaires pour le plan et la construction du systèmes de dépôt, et ils devront tre obtenus depuis les mesures sur place. Die Kernwüste muß mit der besten Gewähr für die nationale Gesundheit und die Wohlfahrt angeordnenet werden. Unter einigem Fundgrubesystem, das tief unterirdisch Wegwerfen werde in Betracht das passendest System in der koreanisch Halbinsel gezogen. Jedoch, es verlangt grundzätzlich die umfassend Stabilitätsberechnung so wie das Behnehmen mangelnder Konti-nuität in der Felsmasse, das Behnehmen des Grundwasser, und die Reaktion der Felsenbelastung nach der Hitze von der Kernwüste. Für diesen Zwecke, die unterirdische Wegferfenfundgrube der Kernwüste wurde in der zwei und drei Dimensionen gesimuliert. Es beweist daß die Betonung wird zur thermisch Leitfähigkeit mangelnder Kontinuität und thermisch Konvektion des Grund-wasser sowie die thermisch Belastung ergezeugt durch die Kernwüste für den Entwurf und die Konstruktion des Fundgrubesystem gegeben werden, und sie müssen von den Feldmaße ergelangt werden .

Jan 1, 2003

By T. Nishimura, H. Kiyama, K. Wakimoto

Discussion on the load bearing capacity of ground and the stability of tunnel is presented. We derive a simplified solution of a circular lined-tunnel in an elastic ground. The solution results in a better understanding of characteristic curves. Use of DEM allows us to consider effects of possible yield of the overstressed zone around the tunnel and inherent discontinuity of ground on the curves. Diskussion auf der Last Tragfähigkeit Bodens und die Stabilität des Tunnels wird dargestellt. Wir leiten eine vereinfachte Lösung eines kreisförmigen Ausbautunnels in einem elastischen Boden ab. Die Lösung ergibt ein besseres Verständnis der Kennlinien. Um Gebrauch DEM erlaubt uns, zu betrachten Effekte des möglichen Ergebnisses der überbetonten Zone den Tunnel und zugehörige Unstimmigkeit des Bodens auf den Kurven. La discussion sur la portance de charge de la terre et de la stabilité du tunnel est présentée. Nous dérivons une solution simplifiée d'un revêtement-tunnel circulaire dans une terre élastique. La solution a comme conséquence une meilleure compréhension des courbes caractéristiques. L'utilisation de DEM nous permet de considérer des effets du rendement possible de la zone surchargée autour du tunnel et de la discontinuité inhérente de la terre sur les courbes.

Jan 1, 2003

By A. D. Pienaar

The aqueous chemistry of niobium and tantalum compounds with hydrofluoric acid is a mature field of investigation. In contrast, very little attention has been paid to reactions of these compounds in non-aqueous environments. Similarly, reactions of elemental fluorine with niobium and tantalum compounds have received little more than cursory attention in literature. This work discusses the isothermal reaction kinetics derived from thermogravimetry, using a less redundant approach than is currently the standard. We also discuss the most likely kinetic models for this reaction.

Jan 1, 2012

By M. Shahabi, M. Kashfi

This paper briefly describes the excavation procedure of a powerhouse, comprising of its incremental excavation, reinforcement measures, and the installed monitoring system. During the first phase of excavation, the data obtained from monitoring of the behavior of Mudstone layers were used to recommend extra support measures. These data are also used to design the support of the powerhouse during its extension phase. In diesen bericht wird die bohrmcthode von kraftwerk ecavation in stupenweise dargestelt, und in die richtung d.sicherung, Mit hilfe von monitoring systeme. Die monitoring in (mudstone) schichten ist an schutz in bohrung entworfen und montiert in diese methode in K.W. fase 1 schutzung das K.W. in erweiterung der K.W. das berte auserwelt worden ist Cet article décrit brièvement le procédé d'excavation d'une centrale électrique, comportant de son excavation incrémental, de mesures de renfort, et du système de surveillance installé. Pendant la première phase de l'excavation, les données obtenues à partir de la surveillance du comportement des couches de schiste ont été utilisées pour recommander des mesures supplémentaires de soutien. Ces données sont également utilisées pour la conception de la soutènement de la centrale électrique pendant sa phase d’extension.

Jan 1, 2003

By J. Riss, S. Gentier, A. Marache

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

Jan 1, 2003

By D. F. Malan, M. Grave, J. A. L. Napier

Previous fundamental research projects have indicated the value of continuous closure measurements in deep tabular excavations for improved support design, hazard assessment and for quantifying the effect of seismicity on stope closure. This paper describes further measurements in a VCR stope to validate some of the earlier findings. Calculation of the closure ratio showed that it is a good measure to identify different ground conditions and possible hazards. This work was supported by numerical modelling results, which showed that the closure ratio is very useful in discriminating the response of different geotechnical environments. Des projets précédents de recherche fondamentale ont démontré la valeur de mesures continues de fermeture dans le cas de profondes excavations tabulaires pour une conception améliorée du soutien, de l’évaluation du danger et pour quantifier l’effet de la séismicité sur l'affaissement du toit d’un chantier d’abattage. Le présent document décrit d’autres mesures dans un chantier d’abattage VCR afin de valider certaines des conclusions précédemment formulées. Le calcul du degré d'affaissement montre qu’il y va de soi d’identifier différentes conditions de sol ainsi que les dangers possibles. Les présents travaux ont été confirmés par des résultats de modélisation numérique, lesquels ont démontré que le taux d'affaissement est très utile quant à discerner la réponse dans des environnements géotechniques différents. Vorherige Forschungsprojekte haben den Wert von kontinuierlichen Setzungsmessungen im tiefen Sudafrikanischen Strebabbau angedeutet, vor allem fur Ausbaudesign und Risikobewertung, als auch fur die quantitative Bestimmungen der seismizitatsabhangigen Setzung. Dieses Referat beschreibt weitere Messungen in einer VCR Grube um fruhere Bestimmungen zu bewerten. Dass errechnete Konvergenzverhaltniss erweiste sich als eine gute Massnahme zur bestimmung von geotechnischen Zonen und moglichen Risiken. Numerische Analyse unterstutzte die vorliegende Arbeit und deutete darauf, dass das Konvergenzverhaltniss sehr brauchbar ist um Verhaltensunterschiede der geotechnischen Zonen zu erproben

Jan 1, 2003

By Y. -H. Chang, Y. -J. Jou, T. -S. Ueng, I. -H. Peng

In order to systematically study the size effect on the shear strength of rock joints, this study used the computer-aided-manufacturing system to reproduce the artificial rock joints for saw-toothed joints, Barton's standard joint profiles of JRC = 4~6 and 18~20, and natural rock joint profiles. We divided, enlarged, reduced, and assembled these joint profiles to obtain joint specimens of various sizes ranging from 75 mm to 300 mm in length. The shear strengths of these joint specimens were tested under different normal stresses using a direct shear test apparatus. The surface conditions of the joints at failure were also examined. The size and geometry effects on the shear strengths of these joints of various sizes and configurations were evaluated based on the test results. Um die künstlichen Trennflächen für reguläre dreieckige Trennflächen, Bartonsche standardmäßige Querschnitte der Trennflächen von JRC = 4~6 und 18~20 und natürliche Querschnitte von Trennflächen wiederherzustellen, benutzt diese Forschungsarbeit das Computergestützte-Erstellungssystem, damit die Maßstabswirkung auf die Scherfestigkeit von Trennflächen systematisch untersucht werden kann. Die Querschnitte werden geteilt, vergrößert, verkleinert und zusammengesetzt, um Trennflächenproben in Längen variierend von 75 mm bis 300 mm zu erhalten. Die Scherfestigkeit dieser Trennflächenproben wird unter unterschiedlichen Normalspannungen mit einem Direktscherversuchsgerät getestet. Die Querschnittszustände der Trennflächen bei Versagen werden ebenfalls untersucht. Nach den Untersuchungsergebnissen werden die Maßstabs- und Geometriewirkung auf die Scherfestigkeit dieser Trennflächen verschiedener Größen und Konfigurationen ausgewertet. Pour étudier systématiquement l’effet de la dimension des fractures des roches sur leur résistance au cisaillement un système de creation de fractures artificielles à l’ordinateur a été employé. Des fractures artificielles triangulaires, profils de fractures de Barton avec JRC = 4~6 et 18~20, et profils de fractures naturelles ont été reproduits. Les profils des fractures ont été arrangés de manière à obtenir des échantillons de longueur entre 75 et 300 mm. Une boîte de cisaillement a été utilisée pour étudier la résistance des fractures au cisaillement, sous plusieurs conditions de contraintes normales. Les conditions superficielles des fractures après rupture ont été étudiées. Les résultats de ces essais, effectués sur plusieurs échantillons de dimensions et configurations variées, ont contribué à établir l’influence des dimensions et de la géométrie des fractures sur leur résistance au cisaillement.

Jan 1, 2003

By F. B. Samani, B. Stabel

The 1,000 MW Hydro Power Station Masjed-e-Soleiman (formerly called Godar-e-Landar) in Iran is under construction since 1992. The rock engineering aspects of the major underground structure, i.e. the powerhouse cavern shall be reported on in detail. The geotechnical investigations are described and results given. The results of several geotechnical analyses are presented. The designed and executed rock support is given. A description of the monitoring systems and typical measurement results obtained during and after excavation are presented. The lessons learnt during construction of the Stage-I powerhouse cavern were applied on the extension of the powerhouse cavern, which is to house an additional 1000 MW. Details regarding the unexpected behaviour of the Mudstones are given. Die 1000 MW Wasserkraftanlage Masjed-e-Soleiman (vormals Godar-e-Landar genannt) befindet sich seit 1992 in Bau. Dieser Artikel berichtet im Detail über die felsbaulichen Aspekte der Untertagebauwerke, insb. der Maschinenkaverne. Die geotechnischen Untersuchungen werden beschrieben und deren Ergebnisse wie die Ergebnisse verschiedener Berechnungen werden präsentiert. Die geplante und die ausgeführte Felssicherung wird angegeben. Die eingebauten Überwachungseinrichtungen werden beschrieben und typische Ergebnisse während des Aushubs und danach werden dargestellt. Die Erfahrungen beim Aushub der Kaverne der Stufe I wurden beim Entwurf der Kaverne der Erweiterungsstufe II, die weitere 1000 MW beherbergen wird, berücksichtigt. Details zum unerwarteten Verhalten des Schluff-/Tonsteins werden angegeben. La centrale hydroélectrique de Masjed-e-Soleiman (dénommée anciennement Godar-e-Landar), d’une puissance de 1.000 MW, est en construction depuis 1992. Un rapport détaillé sera présenté sur les aspects relatifs à la construction en enrochements de l’aménagement souterrain principal, à savoir la caverne abritant la salle des machines. Une description des investigations géotechniques réalisées y est fournie ainsi que les résultats correspondants. En outre sont présentés les résultats de plusieurs analyses géotechniques. L’ancrage dans la roche tel que projeté et réalisé est présenté. Une description des systèmes de contrôle ainsi que les résultats de mesures typiques obtenus au cours des travaux d’excavation sont donnés. Les leçons tirées lors de la construction de la Phase 1 de la caverne de la salle des machines furent appliquées à l’extension de la caverne de la salle des machines, qui doit abriter une unité supplémentaire d’une puissance de 1.000 MW. Par ailleurs, des détails sont donnés sur le comportement inattendu des argilites.

Jan 1, 2003

By S. Heukelman

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

Jan 1, 2011

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

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

Jan 1, 2003

By T. H. Yang, K. K. Lee, Z. Z. Liang, C. A. Tang, L. C. Li, Y. Tsui, L. G. Tham

Abstract: A series of numerical tests of hydraulic fracturing in heterogeneous rocks were performed to investigate the influence of pore pressure magnitude and gradient on initiation and propagation of tensile fractures. The numerical tests were run with a Rock Failure Process Analysis code, F-RFPA2D, incorporated with a Flow-Stress-Damage coupling model (FSD). To investigate the influence of pore pressure magnitude on fracture behaviour, “pinch-off” breaking tests, originally employed by Bridgeman to investigate the effective stress law for tensile fracture in a uniform pore pressure field, were numerically modelled. In another numerical test, a double-notched sample, with fluid pressure in one notch while keeping the other one open to the atmosphere, is numerically extended to investigate how the fluid flow direction or the pore pressure gradient will influence the fracture behaviour. The simulation results show that fracture is strongly influenced by both pore pressure magnitude and pore pressure gradient. Keywords: seepage mechanics; heterogeneous; pore pressure; numerical simulation; failure process ZUSAMMENFASSUNG: Um den Einfluss der Wasserdruckgroesse der Oeffnung und der Porisitaet auf den Bruchentstanden und Verbreiten der Tension von Gebirgen zu beurteilen, wurde viele nummerische Pruefungen auf den hydraulischen Bruch in dem Gebirgen aufgenommen. Diese Pruefungen wurden mittels der Analyse- Software F-RFPA2D und Flow-stress-Damage Coupling model ( FSD) durchgefuehrt. Um den Einfluess der Wasserdruckgroesse der Oeffnung auf den Bruch zu beurteilen, wurden auch Bruchpruefung und nummerische Analogexperimenten gemacht, und dadurch wurde die ganze Phase der Bruchentstanden und Verbreiten wiedergezeigt, und die Ergebnissen ergeben sich, dass die Wasserdruckgroesse der Oeffnung und der Porisitaet sehr viel auf den Bruchentstanden und Verbreiten der Tension von Gebirgen beeinfluessen. Schluesselwoerter: Durchlaessigkeit , ungeleichmaessig, Wasserdruck der Oeffnung, nummerische Analog, Zerstoerungspahse Résumé : Une série de simulations numériques a été ménée pour analyser l’influence de la grandeur de la pression de pore et du gradient sur la naissance et la propagation des fractures de tensions par le biais de la simulation numérique des fractures hydroliques dans des rochers hétérogènes . Le logiciel F-RFPA (Rock Failure Process Analysis code ) intégrant FSD ( Flow-Stress-Damage coupling model ) y a été employé. Les résultats des simultations montrent tout le processus de la naissance et de la propagation des fractures sous la pression de pore. Ces résultats nous ont permis de constater que la grandeur de la pression de pore et le gradient exercent une influence importante sur la naissance des fractures dans les rochers et sur leur mode de propagation . Mots de clé : le mécanisme de transfusion ; l’hétéogénéité ; la pression de pore ; la simultation numérique ; le processus destructif

Jan 1, 2003

By C. E. Fivaz

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

Jan 1, 1988

By M. Pötsch, W. Schubert, A. Goricki

Geological and geotechnical data are essential for the design of tunnels. To determine the rock mass behavior and the support of a planned tunnel excavation a consistent method for rock mass characterization and excavation and support determination has been developed. Probabilistic data processing with analytical methods is used for the quantification of the procedure and allows an evaluation of the applicability and the technical risk of different excavation and support methods. The sensitivity of the procedure on selected input parameters is highlighted in a parametric study. Finally an application of the procedure illustrates the use of the described method of probabilistic excavation and support determination for tunnels. Des données géologiques et géotechniques sont décisives pour la planification d’un tunnel. Pour la détermination du comportement des strates, le choix du soutènement et de la méthode de progression une description compréhensible de la montagne a été développée. À l'aide d'un traitement de données probabiliste, la procédure proposée est transposée quantitative sur une base de méthodes analytiques. De cette manière l'évaluation des méthodes de construction et la détermination du risque technique deviennent possibles. La sensitivité de la procédure de différents paramètres d'entrée est représentée dans une étude de paramètre. Pour finir, l'application de la procédure décrite est montrée à l’aide d'un cas pratique. Geologische und geotechnische Daten sind entscheidend für die Planung von Tunnels. Für die Ermittlung des Gebirgsverhaltens und der Festlegung von Ausbruch und Stützung wurde ein nachvollziehbarer Ablauf der Gebirgsbeschreibung entwickelt. Mit Hilfe von probabilistischer Datenverarbeitung auf Grundlage analytischer Methoden wird die vorgeschlagene Prozedur quantiativ umgesetzt. Dadurch werden die Bewertung von Baumethoden und die Ermittlung des technischen Risikos ermöglicht. Die Sensitivität des Verfahrens von einzelnen Eingangsparametern wird in einer Parameterstudie dargestellt. Abschließend wird anhand eines Beispiels die Anwendung des beschriebenen Verfahrens gezeigt.

Jan 1, 2003

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 D. Grabowski, Z. Pokryszka

ABSTRACT: Some residential areas of the iron basin of Lorraine (in the North-East of France) are affected by noxious gas emissions (under oxygenated, carbon dioxide loaded and radon loaded gas mixtures). Site investigations showed that the gas flow was mainly due to natural thermal air circulation between old mines and the external atmosphere. The main hazards associated with this flow of gas and its potential accumulation in confined volumes within buildings are asphyxiation and intoxication. A further study is in progress in order to better understand the origin of the gas generation within the old iron mine workings. Following the first hypothesis, the carbon dioxide emission is mainly due to the specific hydro-geo-chemical process associating the pyrite oxidation with the acid dissolution of carbonates. KEY-WORDS : gas, emission, mine, flow, pyrite. ZUSAMMENFASSUNG: Einige Wohngebiete der Eisenmulde Lothringen (im Nordöst Frankreich) werden von Ausgasung gesundsheitsschädlichen sauerstoffarmen Mischungen, die mit Kohlendioxid und Radon beladen sind, betroffen. Untersuchungen am Ort haben gezeigt, wie diese Gasstroemung von natürlichem thermischen Luftumlauf zwischen den alten Bergwerken und der externen Atmosphäre ausgelöst wird. Erstickung und Vergiftung sind die wichtigste Risiken, die mit dieser Gasströmung und ihrer möglichen Speicherung in begrenzten Lokalen zusammenhängen. Eine weitere Untersuchung wird durchgefuehrt so dass man die Herkunft der Gaserzeugung in den alten Grubenräume besser versteht. Der ersten Hypothese folgend, Ausgasung von Kohlensäure liegt vor allem an dem hydro-geo-chemischen Prozess, der Pyritrösten mit der säuren Auflösung von Karbonate verbindet SCHLÜSSELWÖRTER: Gas, Ausgasung, Bergwerk, Strömung, Pyrit RESUME: Certaines agglomérations du bassin ferrifère lorrain (au Nord-Est de la France) sont affectées par des émanations de mélanges gazeux sous-oxygénés et chargés en certains gaz nocifs (dioxyde de carbone, radon…). Les investigations effectuées in situ ont montré que les écoulements gazeux à l’origine de ces émanations sont liées au phénomène de tirage naturel entre les anciens travaux miniers et la surface. Les principaux risques engendrés par ces émanations de gaz et son accumulation possible dans des endroits confinés sont l’asphyxie et l’intoxication. Une étude est en cours afin d’expliquer l’origine de la modification de l’air au sein des vieux travaux miniers. Les émissions de dioxyde de carbone seraient dues à des processus hydro-geo-chimiques associant l’oxydation de la pyrite et la dissolution de carbonates. MOTS CLES: gaz, émanation, mine, écoulement, pyrite.

Jan 1, 2003

By Y. H. Suh, H. C. Lee, D. S. Kim

A progressive karst formation and its influence upon engineered structures in the ‘phil-karst’ rock mass draw a tunnel engineer’s special attention to a long-term stability and the maintenance issues. Karst sinkholes of any size beneath the railway bed cause train wrecks or long interruptions in train traffic during rehabilitation work. The collapse of cave roof, called a ‘doline’, is in general connected to the cave by the gradual dissolving of the rock, developing into subsidence and sink-holes. The principal conclusions obtained from the field experiments are as follows: It is found that the development of karst cavity shows a relationship with a structural geological line and it is necessary to define the dominant directions of joint and geological layer (formation). The relation-ship between the water flow and joint direction can be used as an indicator of cavity presence in their direction. In addition the direction of in-situ stress can play a role in the development of karst cavities. A risk map of karst scenario is produced for the tunnel supporting systems with rock type classifications in water-soluble karstic rock mass. Eine fortschrittliche Karst-Formung und sein Einfluß auf angelegten Strukturen in der Phil-Karst-Felsenmasse wecken einem Tunnelingenieur eine besondere Aufmerksamkeit zu einer langfristigen Stabilität und der Wartungsausgaben auf. Karstensinkhöhlen in irgendeinen Größen unter dem Eisenbahnbett sind die Ursache der Zugeszerstörung oder der langen Unterbrechungen in Zugverkehr während Rehabilitationsarbeit. Der Zusammenbruch von Höhlendach, d.h. ein “doline”, ist im allgemeinen an die Höhle, die durch das allmähliche Auflösen des Felsen zu entstehen ist und sich in die Subsidence und Sinkhöhlen entwickeln, angeschlossen. Die Hauptschlüsse, die von Feldenprüfungen erhalten wurden, sind folgendermaßen: es wird gefunden, daß die Entwicklung von Karstenhöhlung eine Beziehung mit einer strukturellen geologischen Linie zeigt und es notwendig ist, die vorherrschenden Richtungen von Gelenk und geologischer Schicht (die Formung) zu definieren. Die Beziehung zwischen dem Wasserablauf und der gemeinschaftlichen Richtung kann als ein Anzeiger von Höhlungsanwesenheit in ihrer Richtung benutzt werden. Zusätzlich kann die Richtung von In-Situ-Spannung eine Rolle in der Entwicklung der Karstenhöhlungen spielen. Für das Tunnelunterstützungssystem, welches mit Felsentypenklassifizierungen in wasserlöslicher Karstic-Felsenmasse, ist eine Risikokarte von Karstenszenar hergestellt. Une formation progressive de karst et son influence sur les structures tracées dans la masse de roche "phil-karst" retiennent l'attention particulière des ingénieurs de tunnel aux problèmes de la stabilité à long terme et du maintien. Les creux de karst de toute la taille sous le chemin de fer causent les accidents de trains ou de longues interruptions pendant le travail de réhabilitaion. L'effondrement du plafond de caverne qui s'appelle "doline" s'est, en général, connecté à la caverne par dissolution progressive de la roche, en devenant l'affaissement et les creux. Les conclusions importantes venant des experimentations sur le terrain sont suivants: d'abord, le développement de la cavité de karst montre le rapport avec la ligne géologique de la structure et il est nécessaire de définir les directions dominantes du joint et la couche(formation) géologique. La relation entre l'écoulement de l'eau et la direction du joint peut être utilisé comme un indicateur de la présence de la cavité dans leur direction. De plus, la direction sur place peut contribuer au développement des cavités de karst. Le plan risqué de karst s'est produit pour le système d'appui du tunnel avec les classifications du type de roche dans la masse de roche karstique qui est soluble dans l'eau.

Jan 1, 2003