SUMMARY:

The stability of large caverns depends to a great extent on the stresses in the rock mass. A survey must therefore be conducted to obtain the virgin stress field. Among stress measuring equipment in general use the CSIR triaxial strain cell holds a prominent place. Procedures have been developed to check the reliability of the results using this instrument. To provide a practical basis for cavern design the test data must be analysed in order to separate the local residual stresses from the basic stress field which is caused by tectonic and gravitational forces. It is proposed to describe this field in Cartesian coordinates by six linear functions for which 24 parameters are needed. A computer program for regression analysis can be used to calculate these parameters. When measuring virgin stresses from an exploration tunnel it is common practice to restrict the tests to points outside the region of stress disturbance caused by the tunnel. This limitation can be removed if the disturbance is expressed in terms of the parameters of the basic stress field. The formulae for disturbed stresses have recently been derived for the case of a cylindrical hole in a classical material subjected to a linear stress field and are presented in the paper.

ZUSAMMENFASSUNG:

Die Standfestigkeit grossraumiger Kavernen hangt massgeblich von den im Gebirge herrschenden Spannungen ab. Das Primarspannungsfeld muss daher vorab ermittelt werden. Unter den ueblicherweise verwendeten Spannungsmessgeraten nimmt die CSIR Triaxial- Dehnungsmesszelle einen vorderen Platz ein. Zur Überpruefung der Zuverluessigkeit der mit ihr gemessenen Daten sind bestimmte Verfahrensweisen entwickelt worden. Um eine ausreichende Grundlage fuer den Entwurf einer Kaverne zu erhalten, muessen die Messdaten analysiert werden im Hinblick auf die Trennung örtlich vorhandener Restspannungen vom Grundspannungsfeld, das durch tektonische Krafte and Gravitationskrafte bestimunt wird. Es wird vorgeschlagen, dieses Feld in kartesischen Koordinaten mittels sechs linearer Funktionen zu beschreiben, wofuer 24 Parameter benótigt werden. Diese Parameter werden mittels eines Computerprogramms fuer Regressionsanalyse berechnet. Bei der Messung der Primarspannungen von einem Erkundungstollen aus ist es allgemein ueblich, die Messungen ausserhalb des Bereichs zu nehmen, der vom Stollenausbruch beeinflusst ist. Diese Einschrankung kann entfallen, wenn die Beeinflussung ueber die Parameter des Grundspannungsfeldes zum Ausdruck gebracht wird. Die Formeln zur Beschreibung von "Störspannungen" sind vor kurzem abgeleitet worden fuer den Fall eines zylindrischen Hohlraums in einem klassischen Material, auf das ein lineares Spannungsfeld einwirkt; sie werden in vorliegendem Beitrag vorgestellt.

RESUME:

La stabilite des cavernes à grandes dimensions depend largement des contraintes naturelles qui règnent dans le massif rocheux. Ce champ de contraintes naturelles doit être etabli avant que les travaux ne commencent. Parmi les appareils de mesure de contraintes naturelles, la cellule CSIR triaxiale à jauges de deformation represente un instrument de premier ordre. Dans le but de verifier l''exactitude des resultats ainsi obtenus, certaines methodes de contrôle ont ete developpees. Afin d''obtenir une base de depart pour l''etude d''un projet de caverne, les resultats de mesure doivent être analyses en vue de separer les contraintes locales residuelles de celles qui sont causees par les forces tectoniques et de gravitation. On propose de decrire ce champ en coordonnees cartesiennes au moyen de six fonctions lineaires qui necessitent vingt-quatre paramètres. Un programme d''ordinateur, conçu pour l''analyse de regression peut être utilise afin de calculer ces paramètres. En mesurant les contraintes naturelles à partir d''une galerie de reconnaissance il est recommande de conduire un programme de mesure hors de la region influencee par le creusement de cette galerie. Cette restriction peut être negligee si elle est exprimee en termes de paramètres du champ de contraintes naturelles. Les formules decrivant ces "contraintes perturbees" ont ete trouvees recemment pour le cas d''une cavite cylindrique d''un materiel classique qui etait soumis à un champ de contraintes lineaires.

INTRODUCTION

The virgin stress in rock masses is a deciding factor for the design of caverns. It is not possible to predict the magnitude of the stress components since the stress distribution is inherently statically indeterminate. Comprehensive measurements are therefore the only way of obtaining practical knowledge of the virgin stress field in a rock mass. Measurement results generally show great variation, even over short distances (Hiltscher et al 1979, Saxena et al 1979). This can be attributed to local residual stresses, which are normally of little interest, but which give rise to considerable complications when interpreting the results of a test programme in terms of the basic stress field caused by tectonic and gravitational forces. Two problems therefore have to be solved in measuring virgin stress, namely obtaining reliable data and interpreting the data in a practical way. Both problems will be discussed mainly in relation to the CSIR triaxial strain cell.

THE RELIABILITY OF TEST RESULTS

The triaxial strain cell for measuring virgin stress which was designed at the Council for Scientific and Industrial Research of South Africa (Leeman and Hayes 1966) is well known.

This content is only available via PDF.
You can access this article if you purchase or spend a download.