The shear behaviour of infilled joints produced from ordinary gypsum plaster (gyprock) and bentonite was investigated in the laboratory under Constant Normal Stiffness (CNS) conditions. Shear tests were performed on saw-tooth profiles having Joint Roughness Coefficients (JRC) of 4.75 and 9.25 under an initial normal stress (σno) of 0.30 to 1.10 MPa, and at a normal stiffness (kn) of 8.5 kN/mm. Test data under the same σno and infill thickness to asperity height ratio (t/a) were analysed for two different sets of JRC. The peak shear stress plotted against the t/a ratio under constant σno revealed an increase in peak shear stress with the increase in JRC, up to a t/a ratio of about unity. The effect of roughness on the peak shear stress was observed to be minimal when the t/a ratio exceeded 1.40. A mathematical model for the prediction of peak shear stress due to the increased infill thickness has been developed based on a hyperbolic stress-strain relationship and energy balance principles. The model predictions are in good agreement with the laboratory observations.

Le comportement de cisaillement des joints remplis produits à partir de platre ordinaire et de bentonite a ete etudie dans le laboratoire sous des conditions de rigidite normales constantes. Des essais de cisaillement ont ete realises sur des profils en dents de scie ayant des coefficients de rugosite des joints (CRJ) variant de 4,75 à 9,25 sous un effort normal initial (σno) de 0,30 à 1,10 MPa, et une rigidite normale (kn) de 8,5 kN/mm. Le resultat des essais conduits sous la même contrainte et epaisseur de remplissage au rapport asperite/hauteur (t/a) ont ete analyses pour deux ensembles differents de CRJ. La variation de l'effort de cisaillement maximal contre le rapport t/a sous une contrainte normale constante a indique une augmentation de l'effort de cisaillement maximal avec l'augmentation du CRJ, jusqu'à un rapport de t/a proche de l'unite. L'effet de la rugosite sur l'effort de cisaillement maximal a ete minimal quand le rapport t/a a excede 1,40. Un modèle mathematique pour la prevision de l'effort de cisaillement maximal dû à l'epaisseur accrue du remplissage des joints a ete developpe sur la base de la variation entre contraintes hyperboliques et deformation et sur des principes de bilan energetique.

Das Scherverhalten in mit gewöhnlichem Gips und Bentonit gefuellten Klueften wurde im Labor unter Bedingungen konstanter Normalsteifheit (CNS) untersucht. Scherversuche wurden durchgefuert fuer Sagezahnprofile mit Werten des Fugenrauhigkeitskoeffizienten (JRC) von 4.75 und 9.25 unter Normalspannungs-werten (σno) von 0.30 bis 1.10 MPa, und bei Normalsteifheit (kn) von 8.5 kN/mm. Testresultate fuer gleiche Werte von σno und Verhaltnis Fuelldicke zu Rauhigkeit (t/a) wurden untersucht fuer zwei verschiedene Werte von JRC. Die Beziehung zwischen maximaler Schubspannung und und t/a Verhaltnis unter konstantem σno zeigte einen Anstieg der maximalen Schubspannung mit zunehmendem JRC, bis zu einem t/a Verhaltnis von etwa 1.0. Der Einfluss der Rauhigkeit auf den Maximalwert der Schubspannung war minimal solange das t/a Verhaltnis den Wert von 1.40 ueberstieg. Ein mathematisches Modell wurde entwickelt fuer die Vorhersage der Schubspannung die von zusatzlicher Fuelldicke erwartet werden kann, ausgehend von einer hyperbolischen Spannungs-Dehnung Beziehung und dem Energiegleichgewichtsprinzip. Die Modellvorhersagen zeigten gute Uebereinstimmung mit den Laborbeobachtungen.


Determination of true shear strength of infilled rock joints is imperative in the design of underground structures in jointed rocks, and in the stability analysis of jointed/bedded rock slopes. The presence of clay and silt infill within the rock joints weakens the overall strength of the rock mass. Evaluation of the shear strength of infilled rock joints is usually carried out in the laboratory using the conventional direct shear apparatus, where the normal load is held constant during shearing, i.e., the Constant Normal Load (CNL) method. In the past, CNL tests on infilled joints have been carried out by several researchers including de Toledo & de Freitas (1993), Papaliangas et al. (1993), and Phien-Wej et al. (1990).

Non-planar and rough joint surfaces produce significant dilation during shearing (Kodikara & Johnston, 1994; Indraratna et al., 1999; Haberfield & Seidel, 1998). In the field, dilation is partly inhibited by the surrounding rock mass, depending on the magnitude of normal stiffness. Often, the normal stress working on the shear plane increases with the horizontal displacement, hence, cannot be assumed as constant. Such shear behaviour can be described more realistically through shear tests conducted under the Constant Normal Stiffness (CNS) approach.

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