The present paper based on experimental studies of deformation mechanism in rocks during test static loadings describes the main parameters which govern the character of relations of elastic waves velocities and stresses acting in the rock massif. It is shown that for an unambiguous determination of stresses the basis of elastic waves velocities it is necessary to know the values of velocities before and during application of pressure (V0 and Vσ) and the character of interrelations of V0, Vσ and σ The results of determination of relation σ = f(V0, Vσ) based on comprehensive field and laboratory studies are shown in the paper. The constructed generalized curves combine experimental data properly and allow for obtaining calibration curves intended for determination of stresses by two parameters V0 and Vσ. The paper describes the methods ot defining V0 and Vσ.
A method of determining the values of V0 and Vσ by the results of ultrasonic measurements of elastic waves propagation velocities in zones of redistribution of natural stresses around exploratory shafts and galleries is proposed in the paper. The results obtained thereof allow for calculating the components of stresses in various directions and consequently the total stress vector can be easily determined. Investigations run by the proposed scheme at one of the hydroelectric plants under construction point to a complicated character of stresses distribution on the slope of the river valley.
Field of stresses is characterized by a heterogeneity, caused by the pronounced heterogeneity of elastic properties (deformation) of different parts of the rock massif; the higher are the values of elastic parameters, the higher is σ. The latter happens due to the fact that the massif has a very rigid structural skeleton, withstanding most of the natural stresses. The deeper we go from the ground surface inside the massif. The higher are the natural stresses in the rock but this increase of stresses goes not smoothly and in certain parts of the rock massif extreme values of σ can be observed.
For the massif under consideration the horizontal stresses are higher than vertical ones. Absolute values of stresses and the way they are distributed are found by seismic-acoustic studies. These values are in a relatively good accordance with the results of studies of stresses by method of unloading.
Dans cet exposé sont définies les principales caractéristiques déterminant la nature de la relation entre les vitesses des ondes élastiques et les contraintes existant dans le massif, sur la base des études expérimentales du mécanisme de déformation du rocher lors des essais de chargements statiques. Il est démontré que pour définir d’une manière précise les contraintes à partir des vitesses des ondes élastiques, il faut connaître les vitesses sans et sous pression (V0 et Vσ) ainsi que le caractère de la relation des valeurs V0, Vσ et σ
Sont donnés les résultats de la relation σ = f(V0, Vσ) à base des essais complexes «in situ» et au laboratoire. Les courbes construites réunissent bien les données expérimentales et assurent l’obtention des courbes de tarage pour la déterminations des contraintes en partant de deux valeurs V0 et Vσ. La méthode de mesure des valeurs de V0 et Vσ est exposée.
Un procédé pour déterminer V0 et Vσ d’après les résultats de la mesure des vitesses des ondes élastiques dans les zones de redistribution des contraintes naturelles autour de la galerie est proposé. Les résultats obtenus permettent de calculer les composants des contraintes dans divers sens et par conséquent, de définir le vecteur complet des contraintes. Les études réalisées d’après la méthode proposée dans la zone de l’un des aménagements en construction relèvent le caractère complexe de la répartition des contraintes dans le versant de la vallée. Le champs de contraintes est caractérisé par une hétérogénéité nette due à l’hétérogénéité de l’élasticité (déformabilité) des différentes parties du massif: plus les caractéristiques d’élasticité sont élevées, plus grande est la valeur Ce dernier fait peut être expliqué par la présence, dans le massif, d’une base structurale rigide qui assimile la part principale des contraintes naturelles. Plus en profondeur dans le massif les contraintes naturelles augmentent, cette augmentation ne se produit pas graduellement; mais il y a des zones avec valeurs extrêmes de σ. Dans le massif étudié, les contraintes horizontales sont beaucoup plus élevées par rapport aux contraintes verticales. Les valeurs absolues des contraintes et le caractère de leur répartition dans l’espace établis d’après les résultats des études sismo-acoustiques, s’accordent assez bien avec les résultats des études des contraintes par la méthode de déchargement.
Es werden im Beitrag aus experimentellen Studien des Verformungsvorganges der Felsgesteine während der statischen Probebelastungen die Hauptparameter festgestellt, die den Charakter des Zusammenhanges zwischen den Ausbreitungsgeschwindigkeiten elastischer Wellen und den im Felsverband wirkenden Spannungen σ bestimmen. Es wird gezeigt, daß für die eindeutige Bestimmung der Spannungen aus den Geschwindigkeiten elastischer Wellen die Kenntnis der Geschwindigkeitswerte vor und bei dem Lastangriff (V0 und Vσ) sowie die des Zusammenhangs, zwischen den Werten V0 und Vσ einerseits und c andererseits, erforderlich sind. Die Ergebnisse der Ermittlung der Abhängigkeit σ = = f(V0, Vσ) aus komplexen Feld — und Laboruntersuchungen werden beschrieben. Die konstruierten verallgemeinerten Diagramme vereinigen experimentelle Daten und ermöglichen die Konstruierung der Eichkurven zur Ermittlung der Spannungen aus zwei Parametern V0 und Vσ Die Methodik der Messungen von V0- und Vσ- Werten wird dargelegt.
Es wird das Ermittlungsverfahren von V0 - und Vσ- Werten aus Ultraschallmessungen der Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen in Spannungsumlagerungsbereichen natürlicher Spannungen um den Hohlraum vorgeschlagen. Die dabei ermittelten Ergebnisse ermöglichen die Errechnung der Spannungskomponenten in verschiedenen Richtungen und damit die Bestimmung des vollen Spannungsvektors.
Die nach der vorgeschlagen Methodik durchgeführten Untersuchungen an der Baustelle eines Wasserkraftwerkes beweisen den komplizierten Charakter der Spannungsverteilung im Flußtalabhang. Das Spannungsfeld wird durch ausgeprägte Inhomogenität gekennzeichnet, die mit der Elastizitätseigenschaft (Deformationsverhalten) verschiedener Felsverbandteile verbunden ist: nämlich je häher die Elastizitätsparameterwerte desto höher ist σ. Die letztere Tatsache ist auf das Vorhandensein einer starren Strukturbasis im Felsverband zurückzuführen, die den Hautteil natürlicher Spannungen aufnimmt. Die natürlichen Spannungen der Gesteine vergrößern sich von der Übertageoberfläche ins Innere des Felsverbandes hinein, wobei diese Vergrößerung nicht gleichförmig erfolgt, sondern einige Bereiche Extremwerte von a aufweisen. Dem zu untersuchenden Felsverband sind größere Horizontalspannungswerte, den Werten der Vertikalspannungen gegenüber, zu eigen. Die Absolutwerte der Spannungen und der Charakter ihrer räumlichen Verteilung, deren Feststellung aus Angaben seismischer Untersuchungen erfolgte, stimmen mit den Ergebnissen der Spannungsuntersuchungen durch Entlastungsverfahren ziemlich gut überein.
