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By C. Haberfield, J. Szymakowski

Recent studies by the authors into the behaviour of jointed rock masses using direct shear testing have confirmed that joint spacing has a significant effect on rock mass strength. The rock mass failure envelopes assessed from these tests have been compared to failure envelopes obtained using the Hoek-Brown GSI criterion. Good agreement between measured and estimated GSI strength envelopes where obtained when joint spacing was considered in the assessment of GSI. Les études récentes conduites par les auteurs sur le comportement des joints rocheux employant l'essai direct de cisaillement ont confirmé que l'espacement a un effet significatif sur la force de la masse rocheuse. Les enveloppes de ruptures obtenues pour ces essais ont été comparées à l'enveloppe de rupture obtenue en utilisant le critère GSI Hoek-Brown. Une bonne corrélation a été constatée entre les enveloppes obtenues expérimentalement et les enveloppes calculées par la méthode GSI quand l'espacement des joints a été pris en considération dans l'évaluation de GSI. Kuerzliche Untersuchungen der Autoren betreffs Reaktionen von gebrochenen Felsmassen zu direkter Scherkraft, bestaetigen, dass die Abstaende von Rissen einen deutlichen Einfluss auf den Widerstand der Felsmassen hat. Die Bruchbereiche der Felsmassen die von diesen Untersuchungen entwickelt wurden, wurden verglichen mit den Bruchbereichen, die man mit der Anwendund der Hoek-Brown GSI Formulierung erhaelt. Eine gute Uebereinstimmung zwischen gemessenen und errechneten GSI Festigkeitsbereichen wurde erzielt, wenn der Abstand der Risse in der Berechnung der GSI in Betracht gezogen wurde.

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 H. Zhu, F. Xu, T. Wang

Abstract : The deformation monitoring data of the middle pier of the in permanent ship lock in Three Gorges revealed several interesting deformation phenomena. Conclusions and explanations are made concerning the phenomena in this paper, based on the finite element and engineering geology analyses. Firstly, the fluctuation of the horizontal transformations can be attributed to the alternate excavation of the two neighbouring ship lock rooms. Secondly, the rock mass discontinuities result in the displacement breaks. Lastly, the main reasons for the one-sided leaning phenomena are the natural stress, which is not evenly distributed, and the presence of discontinuities. This paper presents a valuable reference for studying the ‘individual phenomena’ in geotechnical engineering. ZUSAMMENFASSUNG: Die Beobachtungs claten an der Mittelpier deformation bezüglich Permannenter Schiffsschleuse in den Drei Schluchten offenbaren einige interessante Deformationsphänomene. Die Schlußforgerungen und Erklärungen dazu in dieser Arbeit basseren methodisch anf der ‚’ ‘Endlichen-Elemente-Analzse’ und der ‘Ingenieurnissen-Geograhnie-Analzse’. Erstens kann die Fluktuation der horiyontalen Transformation durch die ungleichzeitige Ausgrabung der zwei benachbarten Schiffsschleusenräume verursacht werden. Zweitens resultzert die Diskontinuität der Felsenmasse ans dem verlagerten Bruch. Drittens: Die Hauptgründe für das Zu-einer-Seite-Neigung-Phänomen in manchen Stellen sind der ungleich eigeteilte natürliche Druck und das vorhandersein der Diskontinuität. Diese Arbeit präsentiert eine wertvolle Referenz für die Untersuchung der Sonderfälle in geotechnischen Bau. Résumé: Cet article a analysé sérieusement et profondément , en utilisant des procèdes d’étude par exemple l’analyse d’éléments défini et celle de la condition géographique de traveaux , des règles typiques de la déformation montrées dans les données surveillantes à propos de la déformation des pierres centrales dans les écluses éternelles du Trois Gorges , on en a tiré une conclusion : 1) le changement des chiffres des déplacements horizontaux des pierres centrales est causé par les creusages séquentiels des cannelure voisines ; 2) l’inclinaison au Nord de toutes les pierres centrales entre les deuxième et troisième chambres d’écluse est causée par la différence de la gravitation entre les deux chambres d’écluse et par l’existence de la surface structurale ; 3) l’existence de la surface structurale cause le changement des chiffres des déplacements horizontaux des pierres centrales au niveau profond . Cet article donne une référence utile pour l’étude du ‘ problème d’indivudualité’( ou les situations anormaux) dans les données surveillantes de la déformation des pierres centrales de la génie civile.

Jan 1, 2003

By S. Sakurai

We discuss the mechanical characteristics of underground structures that are subjected to vertical oscillations. Under such circumstances - expected when an earthquake rupture occurs very close to highly developed urban areas - the conventional seismic analysis, which mainly considers horizontal shear oscillations, may not be fully valid. Our analysis, based on the elastic wave theory, shows the effects of vertical disturbances and the generation mechanism of the unique damage patterns observed on the occasion of the 1995 Hyogo-ken Nanbu (Kobe) Earthquake. Wir diskutieren über die mechanischen Eigenschaften der unterirdischen Strukturen, die sich vertikalen Schwingungen aussetzen. Unter solchen Umständen - erwartet, wann ein Erdbebenabbruch sehr nah an hochentwickelten städtischen Bereichen geschieht - kann die herkömmliche seismische Analyse, die sich hauptsächlich horizontale Schubbewegungen überlegt, möglicherweise nicht völlig gültig sein. Unsere Analyse, basiert auf der elastischen Wellentheorie, zeigt die Effekte der vertikalen Bewegungen und den Erzeugungsmechanismus der einzigartigen Beschädigungsmuster, die anläßlich des 1995 Kobe Erdbebens beobachtet wurden. Nous discutons les caractéristiques mécaniques des structures souterraines qui s’exposent aux oscillations verticales. Dans ces conditions - s’attendent quand une rupture de tremblement de terre se produit tout près des secteurs urbains fortement développés - l’analyse séismique conventionnelle, qui considère principalement des oscillations horizontales de cisaillement, peut ne pas être entièrement efficace. Notre analyse, qui est basée sur la théorie des vagues élastiques, montre les effets des mouvements verticaux et le mécanisme de génération des modèles uniques de dommages, que nous avons observés à l’occasion du tremblement de terre 1995 de Kobe.

Jan 1, 2003

By J. Xiao, Y. Jiang, Y. Tanabashi, Z. Song

Modelling the effect of blasting-caused damage, anisotropy of rock masses and excavation sequence on deformational behaviour and stability of large-scale underground caverns is important in the design and information-oriented construction of the pumped storage power plant. A powerful three-dimensional numerical method that can be applied for that purpose is presented in this paper. Damaged range caused by blasting and mechanical properties of rock masses near to the walls of caverns are determined by using the back analysis approach in which three lines of the measurement results during the arch part excavation process were used to verified the simulations. Finally, applying the improved model and properties of rocks, the cavern stability and reinforcement effect of the preliminarily designed support system are also estimated for the safety in the bench excavation process. La création de modèles des effets relatifs aux dommages résultant des explosions, à l’anisotropie des masses rocheuses et à la séquence d’excavation quant au comportement à la déformation et à la stabilité des cavernes souterraines de grandes dimensions est une étape importante dans l’étude et la construction sur ordinateur de centrales hydrauliques à accumulation par pompage. Cet article traite d’une méthode numérique tri-dimensionnelle puissante applicable à cet effet. La gravité des dommages résultant des explosions et les propriétés mécaniques des roches à proximité des parois de la caverne sont déterminées par une analyse du fond dans laquelle les simulations sont vérifiées à l’aide de trois lignes de résultats de mesures prises durant le processus d’excavation de la partie arche. Finalement, la stabilité de la caverne et les effets du renforcement du système de support préalablement conçu sont estimés par application du modèle amélioré et des propriétés de la roche, pour application à la sécurité durant le processus d’excavation en gradins. Nachahmung der Wirkungen von durch Explosionen hervorgerufenen Schäden, Anisotropie der Gesteinsmassen und der Ausschachtungssequenz auf das Verformungsverhalten und die Stabilität großräumiger Untergrundhöhlen ist für das Design und den informationsorientierten Bau von Pumpenkraftwerken wichtig. Entsprechend der Vorgaben in dieser Arbeit kann ein leistungsfähiges, dreidimensionales numerisches Verfahren für diesen Zweck eingesetzt werden. Der durch Explosionen und die mechanischen Eigenschaften des Gesteins bedingte Schadensumfang im Bereich der Höhlenwände kann mit Hilfe eines retroversen Analyseansatzes bestimmt werden, bei dem die drei bei der Ausschachtung resultierenden Messlinien dazu genutzt wurden, die Simulationen zu bestätigen. Abschließend wurde außerdem durch Einsatz verbesserter Modelle und Gesteinseigenschaften die Auswirkungen vorläufig entworfener Unterstützungssystem auf die Höhlenstabilität und Verstärkungswirkungen hinsichtlich der Sicherheit bei Böschungsausschachtung abgeschätzt.

Jan 1, 2003

By R. Drummond

The fourth Teetered Bed Separator (TBS) has just been installed in Australia, and trials have been run in many sites. There is a growing recognition of the potential advantages of using TBS technology to treat coal in the ?3+0.25 mm size range, at cut points below 1.60. From these activities, there has been a substantial growth in knowledge with respect to application engineering and operational functions. The paper briefly describes the installations, including flowsheets, and so provides a background to the potential deployment of TBS technology. There are a large number of potential applications for TBS technology, including treatment of fine ROM coal in new plants, or in upgrade situations for re-processing of spiral product, or scavenging coal from coarse tailings. As well, cost effective capacity upgrades are possible by using TBS units for treating the sands size fraction. Issues arising from Australian TBS installations and application engineering are also discussed.

Jan 1, 2002

By D. Grgic, A. Giraud, F. Homand

RESUME : Le comportement mécanique partiellement saturé du minerai de fer a été étudié à partir d’essais de compression simple sur des éprouvettes à pression capillaire imposée par les solutions salines. Les échantillons restent peu saturés (32 %) même pour une humidité relative de 94 %, du fait de la présence de mésopores. Jusqu’à 90 % d’humidité relative la résistance diminue régulièrement. De 90 % à 94 % une forte chute est observée et pourrait être liée à la fois aux effets capillaires et à l’hydratation de certains minéraux. Le cycle hydrique subit par la roche dans la mine a été modélisé en 1D à l’aide d’un code de calcul entièrement couplé pour les milieux poreux partiellement saturés. Les calculs ont montré notamment une diminution importante en paroi des contraintes totales au cours de la phase de désaturation et une augmentation importante au cours de la phase de resaturation. Ces variations pourraient induire un endommagement du massif et être à l’origine d’instabilités, et soulignent l’intérêt d’une modélisation avec une géométrie plus adaptée. MOTS-CLEFS : mines de fer, partiellement saturé, pression capillaire, résistance, modélisation. ABSTRACT : The partially saturated mechanical behavior of iron ore has been studied from uniaxial compression tests on samples in which the suction is imposed with aqueous solutions. Samples are little saturated (32 %) even for a 94 % relative humidity because pores are too large. Up to 90 % relative humidity the strength decreases regularly. From 90 % to 94 % a great decrease is observed ; it could be explained by the capillary effects and the moisturizing of some minerals. The hydrous cycle imposed to the rocks in the mine has been modeled with an 1D fully coupled code for partially saturated porous media. The computations have shown an important decrease in the total stresses at the wall during the desaturation stage and an important increase during the re-saturation stage. These variations could induce a rock mass damage and instabilities, and highlight the necessity of a modeling with a well-adapted geometry. KEY-WORDS : iron mines, partially saturated, suction, strength, modeling. ZUSAMMENFASSUNG : Das mechanische Verhalten von teilweise gesättigten Eisenerz wird durch einachsige Druckversuche untergesucht. Die Prüfkörper haben einen durch Salzlösungen gestimmten kapillarischen Druck. Sie bleiben kaum gesättigt (32 %), sogar bei einer relativen Feuchtigkeit von 94 %, aufgrund der Anwesenheit von Mesoporen. Bis eine relative Feuchtigkeit von 90 % verringert sich gleichmässig die Druckfestigkeit und zwischen 90 % und 94 % merkt man eine starke Abnahme in Verbindung, möglicherweise, mit kapillarischen Effekten und Hydratation von bestimmten Mineralen. Die nümerische 1D Modellisierung des gezwungenen Wasserzyklus im Stein der Mine ist mit einem für porösen Medien ganz vernetzten Rechnungcode geführt. Sie zeigt besonders ein bedeutendes Sinken der Gesamtspannung während der Entwässerung und eine bedeutende Steigerung während der Sättigung. Diese Veränderungen könnten die Beschädigung des Gesteines herbeiführen und die Grundlage von Unstabilität sein. Sie unterstreichen die Wichtigkeit eine Modellisierung mit einer gut geeigneten Geometrie. STICHWÖRTER : Eisenminen, teilweise gesättigt, kapillarischer Druck, Druckfestigkeit, Modellisierung.

Jan 1, 2003

By H. -U. Lim, C. -H. Kim

The sixth underground pumped powerhouse cavern is under construction now in Korea. For the stability analysis of the five underground powerhouses, finite element method was used. For this analysis, in-situ rock stresses were measured by overcoring method and horizontal to vertical stress ratio was calculated 1.07-1.32 at four sites. Rock mass strength and elasticity were assumed from intact rock properties. The ratio of elasticity of rock mass was 0.16-0.55 of intact rock core elasticity. In general, elasto-plasticity with Mohr-Coulomb failure criterion was applied and the input cohesion and internal friction angle were approximately 0.12-0.22, 0.6-0.87 of intact rock strength parameters, respectively. Der sechste Untergrund-gepumpt-Powerhouse-Cavern ist jetzt im Bau in Korea. Für die vergan-gene Stabilitätsanalyse des fünf unterirdischen Powerhouses in Gebrauch wurde ein begrenztess Elementsmethode benutzt. Für die Analyse wurden In-Situ Felsenspannungen von overcoring Methode gemessen und Horizontale zu senkrechtem Spannungsverhältnis waren als 1.07-1.32 an vier Stellen kalkuliert. Felsenmassenkraft und Elastizität wurden von unversehrtem Felsenei-gentümern angenommen. Das Verhältnis der Elastizität von Felsenmasse war 0.16-0.55 von un-versehrter Felsenkernelastizität. Im allgemeinen wurde Elasto-Plasticity mit Ausfallskriterium des Mohr-Coulombs verwendet. Die Eingabebindekraft und die innere Reibungswinkel waren unge-fähr 0.12-0.22, 0.6-0.87 von unversehrtem Felsenkraftsparametern, jeweilig. En Coree, la sixieme centrale souterraine de la pompe d'accumulation dans la caverne est en construction. La methode d'element fini a ete utilisee pour analyser la stabilite de cinq dernieres centrales en service. Dans cette analyse, la reaction de la roche sur place etait mesuree par la methode d'overcoring et celle du rapport horizontal-vertical etait calculee de 1.07-1.32 en quatre places. L'intensite et l'elasticite de la masse de roche ont ete estimees de la roche intacte. Quant a l'elastic-ite, sa masse de roche etait 0.16-0.55 fois que celle de la roche intacte. En general, elasto-plasticite avec le critere de defaut Mohr-Coulomb etait utilisee et sa cohesion d'energie et son angle de friction interieure etaient supposees respectivement 0.12-0.22, 0.6-0.87 fois que la parametre de l'intensite de roche intacte.

Jan 1, 2003

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

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

Jan 1, 2003

By J. P. Harrison, J. A. Hudson

ABSTRACT: Given the current widespread use of numerical models for rock mechanics and rock engineering, and the ‘Technology Road Map’ theme of the Congress, it is timely to consider the key issues in matching numerical models to rock engineering problems. The three main aspects are: a) identifying the mechanisms, variables and parameters that are relevant to a particular rock engineering project; b) establishing the content and mode of operation of a particular code; and c) deciding whether a particular code provides an adequate model for a particular project. We summarise the key issues, highlighting the concept of rock mass domains, validation and the ability to present the results of a modelling exercise. We include three compact numerical modelling case examples to illustrate the points. Finally, we also present a ‘roadmap’ to assist in the process of matching a numerical model to the rock reality. RESUME: Considérant l’utilisation généralisée des modèles numériques en mécanique des roches et en ingénierie au rocher ainsi que le thème du congrès ‘technology road map’, il est opportun d’aborder les problèmes essentiels liés au choix des modèles numériques dans les problèmes ingénierie au rocher. Les trois aspects principaux sont : a) l’identification des mécanismes, variables et paramètres appropriés au projet considéré, b) la définition du contenu et du mode de fonctionnement d’un code numérique donné, et c) la possibilité de décider si un code donné fourni un modèle approprié au projet considéré. Les points clés sont résumés en mettant en évidence les notions de “massif rocheux”, de validation et de capacité à présenter les résultats d’une approche numérique. Nous présentons trois brèves études de cas qui illustrent ces points. Enfin, nous proposons aussi un logigramme pour aider au choix d’un modèle numérique approprié pour représenter la réalité d’un problème au rocher. ZUSAMMENFASSUNG: Im Licht der augenblicklich weitverbreiteten Nutzung von numerischen Modellen in der Felsmechanik and im Felsingenieurbau und unter Beruecksichtigung der Themenstellung des Congresses “Technology Road Map”, erscheint es an der Zeit die Kernprobleme, die sich mit Fragen der Abstimmung der numerischen Modele mit Hinblick auf ihre Anwendbarkeit im Felsingenieurbau beschaeftigen, naeher zu befassen. Die drei wesentlichen Aspekte sind: a) Identifizierung der Mechanismen, Variablen und Parameter, die fuer ein bestimmtes Projekt im Felsingenieurbau von Bedeutung sind; b) die Festlegung des Inhalts und des Modus Operandi eines bestimmten Codes, und c) die Entscheidung darueber ob ein bestimmter Code ein hinreichendes Model fuer ein bestimmtes Projekt ergibt. Wir fassen die wichtigsten Punkte zusammen, heben dabei das Concept der Gesteinsmassen Domaenen (Rock mass domains) hervor, und erarbeiten ihre Beurteilung und die Moeglichkeit diese zu praesentieren in den Ergebnissen einer Model Uebung. Wir schliessen drei Beispiele von numerischen Modellen ein in denen diese Punkte erlauetert werden. Zuletzt schlagen wir eine “Roadmap” vor, um dem Prozess der Abstimmung des numerischen Modells mit der “Felsmechanischen Wirklichkeit” zu unterstuetzen.

Jan 1, 2003

By S. Lubbe

South Africa and Australia are the biggest suppliers of zircon sand to the international zirconium industry. However neither South Africa nor Australia is well known for zircon beneficiation. Geratech Zirconium Beneficiation Ltd (GZB) continued with additional research on sodium hydroxide (NaOH) cracking of zircon sand during 2002-2003. In 2003 GZB started extracting zirconium from zircon sand by means of NaOH cracking on a commercial scale. Experience has shown that temperature profile and atmospheric control inside the furnace is crucial for the beneficiation of zircon sand. Silica carryover to zirconium chemicals could result if a high temperature is used. Once the sodium silicate is extracted from the sodium zirconate and dissolved in hydrochloric acid, two distinct routes can be followed to precipitate various zirconium chemicals. The most common route is to precipitate zirconium oxychloride crystals (ZOC), with subsequent purification from all contaminants (crystal route). Less known is the process (liquid route) that involves the direct precipitation of zirconium basic sulphate (ZBS). This route will yield a less pure product, with contaminants such as silica and titanium. An important factor in this route is the prevention of silica gel formation, which could hamper final product filtration. For applications like paint drying (zirconium octoate) or antiperspirants (zirconium hydroxychloride) low levels of contaminants have no effect on the final product. The advantage of the liquid route is fewer production stages compared to the crystal route. The disadvantage of the liquid route is that the market for the products will be significantly smaller. The optimum solution could be a plant design that could cater for both routes. Another example of an application of zirconium chemicals is the use of ammonium zirconium carbonate (AZC) in the paper industry. Zirconium basic carbonate (ZBC) is dissolved in ammonium carbonate to produce AZC solution. AZC is used mainly in European countries in the paper industry. For example, carton boxes were initially produced with formaldehyde as the binder, however, it has now been replaced with AZC since formaldehyde is considered toxic. AZC reacts with the cellulose fibres in the paper to act as the binder. The resulting product is not toxic, and printing ink dries very quickly due to the porous paper structure. Other applications of zirconium chemicals involve the use of acid zirconium sulphate tetrahydrate (AZST), zirconium orthosulphate (ZOS), potassium zirconium carbonate (KZC), and zirconium hydrous oxide (ZHO). Fluoride-based zirconium chemicals like zirconium tetra-fluoride (ZrF4) and hexafluoro-zirconic acid (H2ZrF6) are used in the aluminium industry. Zirconium oxide (Zr02) can be produced from any of the abovementioned precipitated chemicals via a high-temperature decomposition process. The physical properties of such oxides can differ tremendously, depending on the final application. The fired density of sanitaryware is typically 5.8 g/cm3, compared to milling media at >6.1 g/cm3. The required fired density is achieved by controlling the precipitation and decomposition conditions for these two oxides. The same applies to stabilized and mixed oxides, for example where zirconium oxide acts as an oxygen carrier in fuel cells.

Jan 1, 2012

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

By H. Willenberg, J. S. Coggan

ABSTRACT: Although individually both continuum and discontinuum numerical analyses provide useful means to analyze rock slope stability problems, complex failures typically involve mechanisms related to both existing discontinuities (i.e. discontinuum) and deformation and brittle fracture of intact rock (i.e. continuum). One such example is the 1991 Randa rockslide in the southwestern Swiss Alps, where failure involved several complex mechanisms, which require the consideration of progressive failure and rock mass strength degradation. This paper presents results from a series of hybrid finite-/discrete-element models directed towards the explicit modelling of brittle fracturing in natural rock slopes, enabling the modelling of progressive failure, from initiation, through to the development of catastrophic failure, transport and deposition. RÉSUMÉ: Si les modélisations numériques de type continu ou discontinu fournissent des outils utiles pour l’analyse de problèmes de stabilité de pentes rocheuses, elles montrent de sérieuses limitations lorsque des mécanismes de rupture complexes impliquent des processus liés autant aux discontinuités préexistantes qu’au développement progressif de nouvelles fractures. Ceci se retrouve typiquement dans l’exemple de l’éboulement de 1991 à Randa dans les Alpes suisses du sud-ouest, où la rupture a impliqué plusieurs mécanismes complexes nécessitant la prise en considération de la fracturation progressive ainsi que de la dégradation de la résistance des masses rocheuses. Cet article présente des résultats provisoires d'une série de modèles hybrides orientés vers la modélisation explicite de la fracturation de pentes naturelles, permettant la modélisation de fractures progressive de leur initiation jusqu’à leur développement, leur rupture catastrophique, leur transport et leur déposition. ZUSAMMENFASSUNG: Obwohl numerische Kontinuum- und Diskontinuum-Berechnungen einzeln nützliche Ergebnisse zur Stabilitätsanalyse von Felshängen liefern, sind komplexe Felsrutschungen typischerweise mit Mechanismen verbunden, die sowohl durch bestehende Trennflächen (s.a. Diskontinuum-Ansatz) als auch durch die Deformation und das Versagen intakter Felsbereiche (s.a. Kontinuum-Ansatz) bedingt werden. Ein Beispiel für einen solchen Sachverhalt ist der Bergsturz von Randa 1991 im südwestlichen Teil der Schweizer Alpen, bei dem die Rutschung mehrere komplexe Mechanismen umfasste, so dass “progressive failure” und Verminderung der Gebirgsfestigkeit in Betracht gezogen werden müssen. Dieser Artikel beschreibt vorläufige Ergebnisse einer Reihe von hybriden Modellrechnungen (Finite-/Diskrete-Elemente). Diese haben zum Ziel, explizit das bruchhafte Versagen natürlicher Felshänge zu modellieren, wobei das progressives Versagen im ganzen modelliert wird, von der Anfangsphase über die Entwicklung zum katastrophalen Versagen und den Transport und die Ablagerung der Rutschmassen.

Jan 1, 2003

By Chris M. Haberfield, Neil D. Benson

The assessment of overall modulus (or stiffness) of a fractured weak to moderately strong rock mass is a key parameter in the design of civil engineering works in these materials. It also provides the highest level of uncertainty due to scale effects, anisotropy and the influence of joint frequency and joint stiffness. Using the example of the Melbourne Mudstone, this paper compares approaches using empirical rules based on intact rock strength, laboratory testing, in situ field testing, semi-quantitative assessment techniques based on rock mass classification and back analyses. L'évaluation du module (ou rigidité) global d’une masse rocheuse faible et fissurée a modérément forte est un paramètre principal dans la conception des travaux du génie civil dans ces types de matériaux. Elle fournit également le niveau le plus élevé d'incertitude due aux effets d’échelle, à l'anisotropie et à l'influence de la fréquence et de la rigidité des joints rocheux. En utilisant l'exemple du schiste de Melbourne, cet article compare des approches empiriques basées sur la force intacte de La roche, les essais expérimentaux au laboratoire, les essais sur site, les techniques semi-quantitatives d'évaluation basées sur la classification de la masse rocheuse et les analyses en retour. Die Schaetzung des allgemeinen Steifigkeit-Moduls des gebrochenen schwachen bis zu maessig starken Felsmassen ist eine Haupt- Annahme in dem Entwurf von Tiefbau-Projekten in diesen Materialien. Es verursacht den hoechsten Grad der Ungewissheit in Folge der Groessenordnung, Spaltorientierung und dem Einfluss der Haeufigkeit der Risse und Bruch-Steife. Unter Verwendung des Beispiels des Melbourner Tonsteine, vergleicht diese Darlegung die Anwendung der empirischen Regeln, die sich auf die Staerke des ungestoerten Fels Basieren mit Versuchen in der Material Pruefungsanstalt, Untersuchungen auf der Baustelle und halb-quantitative Schaetzungsverfahren, die sich auf die Felsmassen Klassifikation und fruehere Analysen stuetzen.

Jan 1, 2003

By C. Zangerl, K. F. Evans, S. Loew

ABSTRACT: Settlements above fractured crystalline rock masses are rarely observed and in the past, geotechnical engineers would not expect substantial subsidence to occur in association with a deep tunnelling project. However, recent high precision levelling measurements along the Gotthard pass road in central Switzerland, have revealed up to 12 cm of subsidence along sections that pass several hundred metres above the Gotthard highway tunnel. Large-scale consolidation resulting from tunnel drainage and pore pressure changes in the rock mass are believed to be the contributing mechanism. This paper presents results from an extensive numerical modelling study focussing on the processes responsible for this subsidence. Results derived from 2-D discontinuum (i.e. distinct-element) and continuum (i.e. finite-element) modelling show that both discrete fracture deformation (i.e. fracture closure and shear) and poro-elastic consolidation of the intact rock matrix equally contribute to the observed magnitudes and shape of the surface subsidence trough. RÉSUMÉ: Des tassements aux dessus de massifs cristallins sont rarement observés et par le passé les géotechniciens ne prévoyait pas de subsidence significative associée avec des projets de tunnel profond. Cependant, de récentes campagnes de nivellement haute précision le long de la route du Col du Gotthard (Suisse centrale), ont mis en évidence des subsidences atteignant 12 cm sur des sections passant plusieurs centaines de mètres au-dessus du tunnel routier du Gotthard. Le mécanisme invoqué pour expliquer ce phénomène est la consolidation à grande échelle due au drainage du tunnel et aux variations de pression de pore dans le massif rocheux. Cet article présente les résultats d’une modélisation numérique intensive mettant l’accent sur les processus responsables pour la subsidence. Ces résultats obtenus grâce à des modèles 2-D discontinus (p. ex. éléments distincts) et continus (p. ex. éléments finis) montrent que la déformation sur des fractures discrètes (fermeture de fractures, cisaillement) ainsi que la consolidation poro-élastique de la roche intacte contribuent également aux magnitudes et aux géométries de subsidence observée en surface. ZUSAMMENFASSUNG: Beachtliche Oberflächensenkungen in einem kristallinen Gebirge, deren Ursache im Vortrieb eines mehrere hundert Meter tiefgelegenen Tunnels liegt, wurden bisher nicht erwartet und beobachtet. Dennoch wurden nach dem Bau des Gotthardstrassentunnels, entlang der Gotthardpassstrasse Oberflächensenkungen mit einem Maximalbetrag von 12 cm bei der Auswertung von Präzisions-Nivellements entdeckt. Dieser Maximalbetrag wurde in einem granitischen Gneis gemessen. Die örtliche Übereinstimmung zwischen dem maximalem Senkungsbetrag und dem maximalem Wasserzufluss zum Tunnel, und die zeitliche Abfolge von Tunnelbau und auftretenden Oberflächensenkungen lassen hydromechanisch gekoppelte Prozesse als Ursache dieser Gebirgsverformungen vermuten. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse ausgedehnter prozessorientierter numerischer Simulationen präsentiert. Resultate aus den 2-D Diskontinuum (d.h. distinct-element) und Kontinuum (d.h. finite element) Simulationen zeigen, dass beide Verformungsmechanismen, d.h. an diskreten Brüchen und der intakten Gesteinsmatrix, gleichbedeutend für die beobachteten Senkungsbeträge und der Form des Setzungstroges verantwortlich sind.

Jan 1, 2003

By A. Thoraval, K. B. Slimane, O. Ozanam

The REP experiment is part of the research programme conducted by Andra to investigate the possibility of reversible radwaste disposal in a Jurassic (Callovo-Oxfordian) argillite formation at the Meuse/Haute-Marne underground laboratory site in northeastern France. The experiment focuses on the hydromechanical response of the formation to sinking the laboratory access shaft. Modelling of boreholes and shaft sinking operations has helped to optimise measurement point locations based on initial stress tensor anisotropy, while minimising interaction between instrument boreholes. Analyses were made of model sensitivity to intrinsic rock characteristics, hydromechanical coupling properties and sensor installation procedures. L’expérimentation REP fait partie du programme de recherche pluridisciplinaire engagé par l’Andra pour étudier la possibilité d’un stockage réversible des déchets radioactifs dans la formation Callovo-Oxfordienne des argilites du site de Meuse/Haute-Marne (Commune de Bure - France). Cette expérimentation permettra d’étudier la REponse hydromécanique de la formation aux sollicitations engendrées par le fonçage du Puits d’accès du laboratoire souterrain de recherche. Afin d’optimiser le positionnement des points de mesures, compte tenu de l’anisotropie du tenseur des contraintes initiales, et de minimiser les interactions entre les forages d’instrumentation, des modélisations des forages et du creusement du puits ont été conduites. Des analyses de sensibilité aux caractéristiques intrinsèques de la roche, aux propriétés de couplage HM et aux protocoles d’installation des capteurs ont été faites. Die REP-Untersuchung ist Teil des multidisziplinären Forschungsprogramms, das die ANDRA im Callovo-Oxfordian-Tonstein in situ am Standort Meuse/Haute Marne (Gemeinde Bure – Frankreich) im Hinblick auf eine Eignung zur reversiblen Lagerung radioaktiver Abfälle durchführt. Dabei soll das hydro-mechanische Verhalten der Formation auf die Beanspruchungen, die durch das Abteufen des Zugangsschachts zum Untertage-Forschungslabor erzeugt werden, untersucht werden. Zur optimalen Positionierung der Messpunkte unter Berücksichtigung der Anisotropie des Tensors der Ausgangsspannungen und zur Minimierung der gegenseitigen Beeinflussung der Instrumentierbohrungen wurden ein Schachtabteuf- und Bohrmodelle entwickelt. Zur Untersuchung der inhärenten Eigenschaften des Gesteins, des gekoppelten HM-Verhaltens und der Installationsprotokolle der Messsonden wurden Sensibilitätsanalysen durchgeführt.

Jan 1, 2003

By M. Andrews, B. J. Göhre, G. Strong, C. Terblanche

Mechanized mining can be experienced as a symphony by substituting the instruments for the different machines that each perform their own function and thus have different sounds. The drill-rig is the soloist around which all the other machines must play their part in harmony. Each machine can function on its own, but productivity is achieved only when all of the machines function in a holistic manner, as the different sounds of instruments form a symphony when playing together. To produce a symphony is to have the ability to put together all the pieces. It is the capacity to synthesize rather than to analyse. Today?s managers have to apply this harmonic way of thinking to make the system of mechanized mining work. In other words each of these people must have the ability of a conductor, whose job involves corralling a diverse group of notes, instruments and performers, and producing a unified and pleasing sound. At Modikwa Mine the introduction of the MAPS (Mine Activity Performance System) has allowed management to obtain a clear view of all the activities associated with the equipment. Through synthesis the issues that hampered productivity were identified and addressed to improve production and reduce costs.

Jan 1, 2006

By R. J. Pine, J. M. Rance, J. S. Coggan

ABSTRACT: The safe design of excavations created in a fractured rock mass is of paramount importance in rock engineering. Depending on the nature of the stress regime acting on an excavation, and the associated deformational behaviour of the rock mass surrounding the excavation, a number of potential failure mechanisms exist. These involve a combination of shear failure on existing joints, extension of critically oriented joints and propagation of new fractures through previously intact rock. Conventional numerical codes usually adopt either a continuum or discontinuum approach; this often results in significant over simplification and kinematic limitations particularly when modelling complex rock mass behaviour in the close vicinity of excavations. This paper describes the results from several case examples using a combined finite element-discrete element code, ELFEN that incorporates a crack propagation mode. Through the use of selected rock engineering examples, the authors demonstrate the potential of the code in the realistic simulation of complex rock failure both in underground and surface excavation applications. RÉSUMÉ: La conception sûre des excavations créées dans une masse de roche fracturée est d'importance primordiale dans la géotechnique. Selon la nature du régime d'effort autour d’une excavation, et le déformation associé de la masse de roche autour de l'excavation, il exsite un certain nombre de mécanismes potentiels d'échec. Ceux-ci comportent une combinaison d'échec de cisaillement sur les joints existants, la prolongation des joints d’orientation critique et la propagation de nouvelles ruptures dans la roche précédemment intacte. Les codes numériques conventionnels adoptent habituellement l’approche, soit d’un continuum, soit de discontinuum; ceci a souvent comme conséquence une sursimplification significative et les limitations cinématiques en particulier en modelant le comportement complexe de la masse de roche très proche des excavations. Cet article décrit les résultats de plusieurs exemples de cas en utilisant un code qui s’agit d’une combination d’élément discret et d'élément fini, ELFEN qui incorpore un mode de propagation de fissure. Par l'utilisation des exemples choisis géotechniques, les auteurs démontrent le potentiel du code dans la simulation réaliste de l'échec complexe de roche pour les applications aux excavations soit au fond soit à l’extérieure. ZUSAMMENFASSUNG: Das sichere Design der Aushöhlungen, die in einer zerbrochenen Felsenmasse verursacht werden, ist vom paramount Wert in der Felsentechnik. Abhängig von der Natur des Druckregimes, das auf einer Aushöhlung und dem dazugehörigen deformationalen Verhalten der Felsenmasse umgibt die Aushöhlung fungiert, bestehen eine Anzahl von möglichen Ausfalleinheiten. Diese beziehen eine Kombination des Scherausfalls auf vorhandenen Verbindungen, Verlängerung der kritisch orientierten Verbindungen und Ausbreitung der neuen Brüche durch vorher intakten Felsen. Herkömmliche numerische Codes nehmen normalerweise entweder ein kontinuum oder discontinuum Annäherung an; dieses ergibt häufig bedeutende Übervereinfachung und kinematische Beschränkungen, besonders wenn es kompliziertes Felsenmasseverhalten in der Nähe der Aushöhlungen modelliert. Dieses Papier beschreibt die Resultate von einigen Fallbeispielen mit einem kombinierten begrenzten Element - getrennten Elementcode, ELFEN, das einen Sprungausbreitungmodus enthält. Durch den Gebrauch von vorgewählten Felsentechnikbeispielen, demonstrieren die Autoren das Potential des Codes in der realistischen Simulation des komplizierten Felsenausfalls bei Anwendungen für beide Tagebaue und Untergrundsaushöhlungen.

Jan 1, 2003

Beatrix Gold Mine, a deep-level gold mine in the Free State province of South Africa, has the highest methane emission rate of any gold mine in the country. Methane is emitted from underground sources intersected during mining operations and is liberated into the general mine atmosphere. The total methane emission rate for the mine is of the order of 16001/s and the South section of the mine emits approximately 10001/s of methane gas. The mine has a history of gas accumulations which have led to a number of underground explosions. Following the last explosion in 2001 and the subsequent investigation, a number of recommendations were made. Two of these were to consider extracting the underground mine methane to render the mine atmosphere safe, and to declare hazardous locations that require special operating procedures. A number of such workplaces have now been declared at the South section of the mine. Methane gas is a potent, explosive greenhouse gas whose contribution to global warming and climate change is 21 times higher than that of carbon dioxide. To reduce its inherent danger and to mitigate its global warming impact, a carbon credit project under the Clean Development Mechanism (CDM) of the Kyoto Protocol has been developed and implemented, the aim being to capture and destroy the methane at Beatrix mine. The mine has constructed an extraction system to capture and extract 400 (Is of the methane. Percentage methane (per volume) of the gas intersected at source is 85%, with negligible concentrations of other hydrocarbons and water associated. The mine contracted the services of Group Five to design and construct the flare and ancillary equipment on surface, and Promethium Carbon was contracted to assist with the carbon¬-related aspects, approval framework, and administration of the project. A number of design and construction challenges had to be faced to extract and transport the gas effectively to the surface of the mine as the emitters are approximately 3 600 m away from the mine shaft at a depth of 860 m. Further considerations were the requirements for the type of column to be used to transport the methane gas, the pressure loss over the system, the safety systems needed to address the risk factors involved in the transport of the methane gas, and a suitable pumping system to extract the gas to the surface. The system operates under negative pressure provided by two blowers on surface delivering the emissions to a flare capable of burning off 450 8/s of methane gas. In this paper a number of benefits for the mine are discussed. These include, but are not limited to, the removal of approximately 55% of the total volume of methane gas from the general body of the air in the geographical areas of the mine where the methane gas is emitted into the atmosphere, and reducing the risk of methane-related incidents. A further benefit of this project is the mitigation of the global warming impact of the methane gas and the reduction of the mine's carbon footprint by approximately 25%. This project could also assist in alleviating the energy shortage being experienced in South Africa by means of the planned generation of 4 MW of electrical power, utilizing the methane gas, as a second phase of the project.

Jan 1, 2011

By J. Muralha

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

Jan 1, 2003