Uniaxial compression experiments with a rock-like model material showed that preexisting non-persistent fractures coalesce in two different modes. If the preexisting fractures overlap they coalesce through interconnection of the developping wing cracks; if the preexisting fractures do not overlap coalescence occurs through secondary cracks which occur in addition to and after the wing cracks. The coalscence loads for non-overlapping fractures are lower and thus more critical than for overlapping fractrures with otherwise identical geometry. Coalescence through secondary cracks has so far not been observed experimentally. Also, no predictive analysis did exist for either one of the two coalscence modes. Thus, an analytical model for secondary crack coalscence was developped and validated. It was formulated by combining a smeared crack/damage mechanics approach with a strain based failure criterion.


Les resultats de tests en compression simple sur un materiau de modèle rocheux ont montres que des fractures preexistantes et non-persistantes se joignent de deux façons differentes. Si les fractures preexistantes chevauchent elles se joignent par l"intereonnexion des fissures ailees qui se produisent; si les fractures preexistantes ne chevauchent pas elles se joignent par des fissures secondaires qui se produisent separement et après les fissures ailees, La charge applique à laquelle les fractures s"unissent est plus basse, c"est à dire plus critique, pour des fractures qui ne chevauchent pas par rapport aux fractures chevauchantes ayant une geometrie autrement identique. Jusqu"à present l"interconnexion avec fissures secondaires n"etait pas observe experimentallement De plus, aucune analyse n"existait pour predire l"interconnexion par l"une ou l"autre des deux façons discutees, Pour cette raison un modèle analytique pour l"interconnexion par fissures secondaires a ete developpe et verifie. Cette analyse fut formulee en combinant des fissures enduites et la mecanique de dommage avec un critère de rupture sur la base de deformations.


Einfache Druckversuche mit einem gesteinsahnlichen Modellmaterial zeigten, dass bestehende, nicht durchgehende Kluefte auf zwei verschiedene Arten zusammenwachsen. Wenn die bestehenden Kluefte ueberlappen, wachsen sie durch Verbindung der neu entstehenden Fluegelrisse zusammen; wenn die bestehenden Kluefte nicht ueberlappen, wachsen sie durch Sekundarisse zusammen, die zusatzlich zu den Fluegelrissen und nach diesen entstehen. Bei nicht ueberlappenden Klueften ist die Kraft im Augenblick des Zusammenwachsens kleiner, d.h. kritischer, als bei ueberlappenden Klueften mit sonst gleicher Geometrie. Das Zusammenwachsen durch Sekundanisse wurde bisher experimentell nicht beobachtet, Auch bestand bis jetzt keine analytische Methode mit der das Zusammenwachsen der einen oder andem Art vorhergesagt werden konnte. Es wurde deshalb ein analytisches Modell fuer das Zusammenwachsen durch Sekundarrisse entwickelt und verifiziert, Dieses Modell wurde formuliert, indem verschmierte Risse und Schadenmechanik mit einem Verformungs-Bruchkriterium kombiniert wurden.


Rock masses containing non-persistent fractures can only fail if the fractures propagate and coalesce through intact rock bridges. In this paper, we will present results from physical model experiments wherein fracture coalescence was induced by compressive loads on blocks containing pre-existing fractures. The fracture behavior which we observed is different from what has been previously reported by other investigators. We will also present an analytical model based on a tensile strain criterion which satisfactorily represents the observed physical behavior.

Fractures in a rock mass can be considered like pre-existing cracks in an otherwise continuous medium. Crack propagation criteria from fracture mechanics, which were experimentally verified on polymeric materials [Erdogan and Sib, 1963; Hoek and Bieniawski, 1965] and rock [Ingraffea, 1979] can then be applied to this conceptual model of fractured rock. These criteria, examples of which are the maximum tensile stress criterion [Erdogan and Sib, 1963] and the minimum strain energy density criterion [Sih, 1974], would predict the growth of so-called wing cracks from the tips of a pre-existing crack (Figure 1.1) and by analogy from the tips of a pre-existing rock fracture.

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