The deformation of most rocks is nonlinear and has an irreversible component. This non-linearity and irreversibility may arise from a macro-fissure system in what is inherently a linear elastic rock or it may be intrinsic to a porous micro-fissured rock such as a sandstone. The results of a series or tests carried out to investigate the intrinsic non-linearity of a relatively homogeneous sandstone are presented. Specimens with a range of porosity have been obtained from the same locality. The porosities of dry specimens are compared with the results of 48 hour and one hour water absorption tests. To study the deformation of the specimens they were loaded cyclically under conditions of uniaxial compression in increasing steps up to a stress level of 2200 psi. The longitudinal and transverse strains were determined. The degree of non-linearity is found to vary with porosity as does the energy dissipation under cyclic loading. The compressional wave velocity is also found to vary with porosity. Its magnitude is more consistent with the unloading modulus than with that obtained during loading. The general behaviour of the sandstone is at least qualitatively consistent with the idea that micro-cracks close on compression and energy is dissipated by friction due to relative movement along their interfaces.
La deformation de la plupart des roches est non-lineaire et possède une composante irreversible. Cette non-linearite et irreversibilite peuvent soit provenir d'un système de macro-fissures dans ce qui est essentiellement une roche d'elasticite lineaire, soit être intrinsèque à une roche poreuse microfissuree telle qu'un grès. Les resultats d'une serie d'essais entrepris pour examiner la non-linearite intrinsèque d'un grès relativement homogène sont presentes. Des echantillons d'une gamme de porosites ont ete obtenus d'une même localite. Les porosites d'echantillons sees sont compares avec les resultats d'essais d'absorption d'eau de 48 heures et d'une heure. Pour etudier la deformation les echantillons ont ete charges cycliquement sous les conditions de compression uniaxiale selon des stages croissants jusqu'au niveau d'effort de 2200 psi. Les deformations longitudinales et transversales ont ete determinees. Le degre de non-linearite varie avec la porosite comme l'energie dissipe sous chargement cyclique. La vitesse de propagation de l'onde de compression varie aussi avec la porosite. Sa grandeur s'accorde mieux avec le module de dechargement que de chargement. Le comportement general du gres est, tout au moins qualitativement, en accord avec l'idee que les micro-fissures se referment à la compression et qu'un mouvement relatif de leurs faces cause une dissipation d'energie.
Bei meisten Felsböden ist die Verformung nichtlinear und hat eine nichtumkehrbare Komponente.Diese Nichtlinearitat und Nichtumkehrbarkeit könnten wegen eines makrogespaltetes System erscheinen, in dem einer lineare elastische Felsboden zugehörig ist, oder es könnte innerlich eines poröses mikrogespaltetes Felsbodens derart eines Sandsteines sein. Eine Versuchsreihe, um die innerliche Nichtlinearitat von einem relativ gleichartigen Sandstein zu erforschen, wurde ausgefuehrt, und die Ergebnisse sind vorgestellt. Muester mit Porengehaltsbereich sind erlangt worden. Die Porengehalte von trocken Muestern sind mit den Ergebnissen bei 48 stuendige und einstuendige Wasseraufsangungsversuche vergleicht worden. Die Muester wurden bei einachsigem Druckspannungszustand durch erhöhende Stufen bis zu einem Spannungswert von 2200 psi. kreislaufig belastet, um ihre Verformungen zu studieren. Die Langenanderung und Querverformung wurden bestimmt. Es wird gefunden, dass der Nichtlinearitatsgrad mit dem Porengehalt wechselt, gleicherweise als der Energieverlust bei kreislaufiger Belastung. Es swird auch gefunden, dass die geschwindigkeitswelle mit dem Porengehalt wechselt. Ihre Grösse ist mehr bestandig mit dem Unbelastungsmodul als mit dem bei Belastung gefundenen Modul. Das allgemeine Betragen des Sandsteines ist zum mindesten qualitativ bestandig mit dem Begriff, dass Mikrorisse unter Druckspannung zuschliessen, und dass die Energie bei Reibung der relativ Bewegung langs ihren Zwischenseiten vermindert wird.
Many applications of Rock Mechanics to Civil Engineering require a knowledge of the deformation properties of rocks. Indeed, the stress level in problems such as the design of dam foundations or tunnel linings is seldom high enough to produce failure of most intact rocks although the strength along pre-existing discontinuities may be a controlling factor. The linear theory of elasticity is commonly used in solving rock deformation problems. However, it is well known that the stress-strain behaviour of rocks is non-linear. This non-linearity is particularly noticeable in the low stress range and therefore is of considerable importance in Civil Engineering design. It is helpful to classify the nature of the non-linearity into two groups. If a specimen of say, unweathered granite or basalt is tested in the laboratory a linear stress-strain relation may provide an adequate representation of its mechanical behaviour up to the stress level at which microcracking is initiated. However, in the field the rock may be jointed and faulted. This will be called extrinsic non-linearity. On the other hand, if a specimen of sandstone is tested in the laboratory it will often display a non-linear stress-strain curve even at stress levels too low to cause local failure.
