ABSTRACT:

The purpose of the present paper is to show the application of Geostatistical Analysis to rock mass characterization, with the Masua Mine (Sardinia, Italy) being the case study. Following a brief description of geostatistical methods and use of "Variograms" and "Kriging", the criteria applied for quantification of rock mass properties are discussed. A comprehensive engineering geological study of the rock mass, including joint mapping, borehole and core logging, furnishes the data needed for the characterization. The parameters describing rock discontinuities are treated as "regional variables" in statistics terms. At the same time, the spatial correlation and variability within the rock mass are represented. The analysis of rock mass data by geostatistical procedures allows one to infer the variability of rock quality such as defined by the RMR index. Additionally, the deformability and strength parameters are obtained, with the purpose to use them in numerical modeling of mine structures. A comparison of predictions of rock mass parameters, based on Geostatistical Analysis and Monte-Carlo simulation is given. It is stated that the use of geostatistical methods such as "Kriging" is more likely to reflect the expected rock mass mechanical behavior.

RESUME:

La communication illustre l'application de techniques du type geostatistique à la caracterisation du massif rocheux, en se referant en particulier à la mine de Masua (Sardaigne - Italie). Après une brève description des methodes geostatistiques et des modalites d'emploi du "variogramme" et du "Kriging", on presente les critères utilises pour la quantification des propritetes caracteristiques du massif rocheux. Une etude geostructurale de detail du massif rocheux fournit les donnees necessaires pour la caracterisation. Les paramètres caracteristiques des discontinuites sont traites, en termes statistiques, comme des "variables regionalisees" en etudiant leur correlation spatiale et leur variabilite à l'interieur du massif rocheux. L'analyse des donnees du massif rocheux par les methodes du type geostatistique permet d'obtenir la variabilite spatiale de l'indice de qualite de la roche RMR et donc des paramètres de deformabilite et de resistance à utiliser dans le modèle numerique des structures de la mine. On mentionne enfin les valeurs des paramètres du massif rocheux evaluees à travers l'analyse geostatistique et la technique de simulation de Monte-Carlo; il ressort, de la comparaison, que l'utilisation de methodes geostatistiques telles que Le "Kriging" permet de mieux representer le comportement mecanique du massif rocheux.

BERICHT:

Der Zweck dieser Arbeit ist, die Anwendung von geostatistischen Techniken fuer die Charackterisierung der Gesteinsmassen zu erlautern, wobei sich hierbei insbesondere auf das Bergwerk in Masua (Sardinien - Italien) bezogen wird. Nach einer kurzen Beschreibung der geostatistischen Methoden und der Anwendungsmodalitaten des "Variogramms" und des "Kriging" werden die fuer die Quantifizierung der charakteristischen Eigenschaften der Gesteinsmassen verwendeten Kriterien naher betrachtet. Eine detaillierte geo-strukturelle Untersuchung der Gesteinsmassen liefert die fuer die Charakterisierung notwendigen Daten. Die charakteristischen Diskontinuitatsparameter werden im statlstischen Begriff "variabel regionalisiert" behandelt, und ihre raumliche Wechselbeziehung, sowie die Variabilitàt im Innern der Gesteinsmassen werden untersucht. Die Analyse der Daten der Gesteinsmassen, ausgefuehrt durch die geostatistische Methode, gewahrt die Gewinnung der Raumvariabilitat des Qualitatsindexes des Gesteins RMR und somit der Umformbarkeits - und Widerstandsparameter, die fuer das Verfahren der numerischen Modellierung der Bergwerksstruktur zu verwenden sind. Zum Schluß werden noch die Werte der Parameter der Gesteinsmassen ueber die geostatistische Analyse ermittelt, sowie die Monte-Carlo simulationstechnike. Aus dem Vergleich geht hervor, daß durch die Anwendung von geostatistischen Methoden, wie "Kriging", eine bessere Darstellung des mechanischen Verhaltens der Gesteinsmassen erreicht wird.

1 INTRODUCTION

Quantification of significant properties of rock mass (i.e. strength and deformability characteristics) is one of the most important aspects of site characterization for input to design of underground excavations. In general, the values of these properties are assumed to fit the normal distribution and the arithmetic mean is considered as representative value. This procedure mayor may not be adequate for design, depending on the actual distribution that fits the data, dispersion of the data about the mean, the size of the sample (number of tests), and the specific sensitivity of the rock mass behavior to a variation in the properties. Methods for projecting (forecasting) properties from one location to other locations need be developed, so as to be able to incorporate the rock mass variability into a design analysis. One possible scheme for quantification of significant properties is the use of a simulation method, such as Monte-Carlo. With this method, the rock mass is subdivided in a number of regions. On the basis of the histogram distribution of a property, needed for design, a characteristic value is given to each region. Monte-Carlo simulation is applied by assuming that each variable is independent of the location in the rock mass. This implies that the spatial variation in rock mass properties is being neglected (La Pointe, 1980). The application of geostatistical analysis to rock mass characterization is considered in the present paper.

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