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By B. Haimson

A new loading apparatus was fabricated and used to conduct true-triaxial compression tests on KTB amphibolite, a crystalline basement rock. Tests in dry jacketed samples reveal that the intermediate principal stress has a significant effect on the onset of dilatancy and on rock strength, contrary to the implicit assumption made by Mohr-type failure criteria. Failure is induced through a shear fracture that dips steeply in the direction of the least principal stress. Experimental results lead to a new generalized strength criterion in terms of all three principal stresses. Unjacketed KTB amphibolite specimens, exposed to confining fluid, are considerably weaker than the jacketed ones, despite the negligible porosity and permeability. Failure is facilitated by several closely spaced subparallel tensile cracks normal to the least stress direction. SEM analysis suggests that microcracks developed upon dilatancy onset are penetrated and extended by the confining fluid, bringing about the unexpected rock failure mechanism at reduced stress levels. Un nouveau dispositif à chargement fut fabriqué et utilisé afin de réaliser un vrai essai de compression tri-axial sur KTB amphibolite, une roche cristalline du sous-sol. Les essais effectués sur échantillons enveloppés et secs révèlent que les contraintes principales intermédiaires affectent considérablement le début de la dilatance et la résistance de la roche, contrairement à la supposition fondée sur le critère de rupture de Mohr. La rupture est produite grâce à une cassure de cisaillement très incliner en direction où la contrainte principale est moindre. Ces résultats expérimentaux indiquent un nouveau critère de rupture général en fonction des trois contraintes principales. Les échantillons de KTB amphibolites sans enveloppe, exposés à un liquide confiné, sont considérablement plus faibles que ceux enveloppés, malgré la porosité et la perméabilité négligeable. La rupture est facilitée par plusieurs fissures de traction adjacentes et sub-parallèles, normales à la plus petite contrainte principale. L’analyse SEM suggère que les micro-fissures développent suivant le début de la dilatance, elles sont pénétrées et agrandies par le liquide confiné, produisant un mécanisme de rupture de roche inattendu, ceci à un niveau de contrainte réduit. Ein neuer Ladungsapparat wurde hergestellt um real - triaxiale Druckfestigkeitsversuche in KTB Amphibolit, einem kristallinen Grundgebirgsgestein, durchzuführen. Messungen in trockenen, bedeckten Proben zeigen that die mittlere Hauptspannung eine bedeutende Wirkung auf das Einsetzen von Dilatanz und auf die Stärke des Gesteins hat, im Gegensatz zu der impliciten Annahme auf Grund von Mohr-ähnlichen Versagungskriterien. Versagen ist induziert durch eine Scherfraktur die sich steil in die Richtung der geringsten Haupspannung nach unten senkt. Messergebnisse führen zu einem neuen, verallgemeinerten Stärke Kriterium dass auf alle drei Hauptspannungen basiert ist. Unbedeckte KTB Amphibolit Proben, die unmittelbar den umgebenden Fluiden ausgesetzt sind, sind wesentlich schwächer als bedeckte, trotz geringfügiger Permeabilität und Porosität. Versagen wird gefördert durch mehrere, nebeneinander liegende, sub-parallele Spannungsbrüche, normal zu der geringsten Spannungsrichtung. SEM Analyse lässt vermuten dass Mikrobrüche, die sich beim Überschreiten der Dilatanzschwelle entwickeln, durch die umgebenden Fluiden fortgepflanzt und weiter verbreitet werden, und unerwartet, auf Grund der reduzierten Spannungswerte, den Versagungsmechanismus des Gesteins einleiten

Jan 1, 2003

By T. M. Louw, L. Auret, S. M. Bradshaw, F. F. Noelle

Modern industrial processes undergo frequent process state shifts due to changes in demand, feedstock or maintenance operations. Multimodal continuous process monitoring is therefore required for effective plant operation. Steady state analysis is a key component in effective multimodal monitoring. Various issues still remain in determining the starting and ending times of transition states. High dimensionality of process data is a characteristic that makes it difficult to select variables to consider when conducting steady state analysis. In order to address these problems, steady state detection on the principal component space is proposed. First, data undergoes principle component analysis to reduce dimensionality, then existing multivariate steady state detection algorithms are applied on the principle component scores. A novel algorithm, threshold PCA-SSD, is proposed and compared to an existing technique for steady state detection. The algorithms are investigated on high dimensional synthetic data Keywords: Multimode process, steady state detection, principle component analysis

Jan 1, 2020

NEW BOOKLET FOR POTENTIAL ENGINEERS A new booklet "Professional Careers in Engineering" for issue to high school students who are considering engineering as a profession has been prepared for general distribution. The booklet is intended to help high school students to decide whether a career as a professional engineer would appeal to them, and to tell them how to set about becoming a professional engineer. Copies of the booklet may be obtained free of charge by writing to: The Federation of Societies of Professional Engineers, P.O. Box 5907, Johannesburg.

1. Book review . Australasian coal mining practice, edited by C.H. Martin. Reviewer: R.B. MacGilIivray This book is an extremely comprehensive coverage of coal-mining practice in Australasia, the countries covered being Australia, New Zealand,and Papua New Guinea. 2. From The Institute of Metals The folowing are available from The Institute of Metals, 1 Carlton House Terace, London SWl Y 5DB. Physical and elastic characterisation, edited by M. McLean. 1989. 228 pp. £25.00. High nitrogen steels, edited by J. Foct and A. Hendry. 1989. 461 pp. £49.50. Proceedings of the First International Calcium Treatment Symposium. 1988. 116 pp. £15. New cored-wire injection techniques, particularly as Design for recyc/ability, by Michael E. Henstock. 1988. 150 pp. £15. Solidification processing. 1988. 549 pp. £45. Marine engineering with copper-nickel. 1988. 103 pp. £18. Characterisation of High Temperature Materials. 3. New journal FMJ International Publications Lid have announced a new quarterly publication, Aluminium Today. 4. Other new publications Algorithms in real algebraic geometry, edited by Denis S. Arnon and Bruno Buchberger. London, Academic Press, 1988. 274 pp. £15.95. Proceedings, Foundry and Heat Treatment 88. R150 per set of 5 volumes, or R40 per volume.

Jan 1, 1989

By K. -J. Shou

A special three-dimensional boundary element method has been developed for the simulation of the development of fracture zone in rock mass. This approach comprises a boundary element method and a three-dimensional tessellation mesh generator. By using the tessellation generator, a set of pre-defined potential fractures is defined, and the fractures activate when the failure criterion is exceeded. This approach is justified by the reproduction of features observed in laboratory simulations of fracturing in blocks of rock subjected to compression. An attempt is then made to explain some of the attributes of fracture zone surrounding underground openings. Eine spezielle drei-Dimesionen Grenze Element Methode ist entwickelt zu simulieren die Entwicklung der Fraktur Zone in der Steinmasse. Diese Untersuchung benutzt eine Grenze Element Methode und ein drei-Dimensionen tessellation Masche Generator. Durch das Benutzen des Tessellation Generator, ein Satz der vor-bestimmt potentielle Fraktur ist festgelegt. Die Fraktur wird betaetigen, wenn das gescheiterte Kriterium ist uebersteigt und sind in dem Verscheiben-Abbrechen Element eingeschlossen. Diese Untersuchung ist von der Reproduktion der Fraktur justiert, die ins Labor beobachtet wird, um die Fraktur in der von der Kompression unterworfenen Steine zu simulieren. Ein Versuch ist gemacht, um einige Eigenschaften der Fraktur Zone um die untertageoeffnung zu erklaeren. Une méthode tridimensionelle spéciale de élément frontière a été dévélopée pour la simulation du dévélopment d’une zone fracturée dans la massive roche. Cette approche comprend une méthode de élément frontière et un générateur de maillage de la mosaïque tridimensionelle. En utilisant le générateur de mosaïque, une série des fractures potentielles predéfinies est définie avec d’une procédure de la triangulation de Delaunay. Les fractures activent lorsque le critère de rupture est dépassé et sont inclues dans les éléments du déplacement discontinuité. Cette approche est justifiée par la reproduction des caractéristiques observées dans le laboratoire, les simulations des blocs de roche fracturé et sujetés en compression. La tentative est alors fait pour expliquer quelques arttributs d’une zone fracturée alentours les ouvrages soustérrains.

Jan 1, 2003

By G. Iabichino, M. Cravero, F. Nacci, L. Rinaldi, L. Vigliero

ABSTRACT: The proposed paper is aimed at analysing the failure of a steep cliff slope that, in the past, was exploited for open pit mining operations. A volume of over 400,000m3 of gneissic aplitic rock was involved in the slope failure. An evaluation of possible failure mechanisms is given, based on a structural description of the rock mass, a mechanical characterisation and on computation methods. The block theory and limit equilibrium techniques for sliding and block toppling were applied and a comparison is given with the result obtained by using DEM models. RESUME: Le document proposé vise l’analyse des mécanismes de rupture d’une falaise qui a été intéressée dans le passé par une mine à ciel ouvert. Un volume supérieur à 400.000 m3 de aplite-gneiss a été concerné par la rupture de la falaise. Le document fournit une évaluation des possibles mécanismes de rupture, basée sur une description structurale de l’amas rocheu, une caractérisation mécanique et des méthodes de calcul numérique. L’analyse a été développée à l’aide de la théorie des blocs et de la technique de l’équilibre limite, soit pour le glissement que pour le basculement des blocs, et une comparaison avec le résultat obtenu par application des modèles DEM a été effectuée. ZUSAMMENFASSUNG: Die vorgeschlagene Arbeit zielt darauf ab, den Einsturz einer steilen Felswand zu analysieren, an der in der Vergangenheit eine Mine im Übertageabbau betrieben wurde. Der Einsturz betraf ein Volumen von über 400000 m3 an Gneis und Aplit. In der Arbeit ist eine Einschätzung des möglichen Mechanismus angegeben, der zum Bruch geführt hat, und sie basiert auf einer strukturellen Beschreibung der Felsmasse, einer mechanischen Charakterisierung sowie auf der Anwendung von Berechnungsmethoden. Angewandt wurden die Blocktheorie und die Methode der Gleichgewichtsgrenze für das Abrutschen und Kippen von Blöcken. Darüber hinaus wird ein Vergleich mit den Ergebnissen angestellt, die unter Verwendung von DEM-Modellen erzielt wurden.

Jan 1, 2003

By J. H. Rhee, H. B. Ku, J. S. Lee, H. J. Park, B. S. Jang

A large wedge failure had occurred in the study area which was under construction. Therefore, in order to analyze the potential instability for this rock slope, the authors conducted numerical analysis with DEM and then the behaviour of rock mass was analysed after appropriate reinforce-ments were applied. Ein großer Keildefekt geschah in dem Untersuchungsgebiet, das im Bau befindlich ist. Deshalb, um die potentielle Unbeständigkeit für diesen Felsenabhang zu analysieren, führen die Urheber zahlenmäßige Analyse mit DEM. Und dann wird die Bewegung der Felsenmasse ana-lysiert, nachdem angemessene Verstärkungstruppen angewandt werden. Un grand échec de coin sèst passé dans le région étudié qui était en construction. Par conséquent afin d’analyser linstabilité potentielle de cette pente de roches, les auteurs ont mené une analyse numérique avec DEM. Ensuite le comportement de la masse de roches pourrait être analysée après les renforts appropriés étaient appliqués.

Jan 1, 2003

By G. Vouille, P. Bérest

Residual stresses observed in rocks often result from non-compatible initial strains. These stresses can be determined when the incompatibility tensor associated with the initial strain tensor is known. The residual stresses in a cylindrical rock sample can be computed the sample is considered small enough for its incompatibility tensor to be constant. Les contraintes résiduelles, dont on observe couramment les manifestations dans les roches, résultent souvent de l’existence de déformations initiales non-compatibles. Ces contraintes peuvent être calculées lorsque le tenseur d’incompatibilité associé aux déformations initiales est connu. Les contraintes résiduelles dans une éprouvette cylindrique sont données dans le cas où le tenseur d’incompatibilité est constant. Eigenspannungen, die man haeufig in Steinen beobachtet, sind oft Ergebnis einer inkompatiblen Deformation des Anfangszustandes. Diese Spannungen koennen berechnet werden, wenn der Inkompatibilitaets-Tensor der Anfangsdeformation bekannt ist. Die Eigenspannungen einer zylindrischen Probe werden fuer Fall eines konstanten Inkompatibilitaets-Tensor bestimmt.

Jan 1, 2003

By U. Singh, E. T. Brown, J. Coxon

The rapid fracturing and deformation that occurs around excavations during rock bursts demand that support and reinforcement systems have both deformability and damping capabilities. The energy demand and supply approach currently used in design is considered to be too simplified to represent adequately the rock burst process and the support and reinforcement system requirements. Momentum change may be a necessary second criterion for the analysis of dynamic loading situations. At the St Ives Gold Mining Company, DE plates made from conveyor belt rubber, and dynamic cables with sliding anchors have been developed and used to improve the dynamic performance of support and reinforcement systems. La fracturation rapide et la déformation qui se produisent autour des excavations lors de coups de terrain demandent que les systèmes d’armature et de support soient déformables et aient une capacité d’amortissement. L’approche basée sur l’énergie actuellement utilisée pour la conception est considérée être trop simplificatrice pour représenter adéquatement les coups de terrain et les paramètres de conception des systèmes d’armature et de support requis. Le changement de quantité de mouvement pourrait être un second critère nécessaire pour l’analyse des cas de charge dynamnique. St Ives Gold Mining Company a développé et utilisé des plaques « DE » constituées de caoutchouc de courroie de convoyeur et des câbles dynamiques avec ancrage coulissant afin d’améliorer la performance dynamique des systèmes d’armature et de support. Die ploetzliche Rissbildung und Verformung, die sich in Baugruben waehrend eines Felseinbruchs ereignet, verlangt Stuetz- und Verstaerkungssysteme, welche verformbare und mildernde Eigenschaften aufweisen. Die derzeitlich gebraeuchliche Methode den Entwurf auf den Energiebedarf und dessen Abdeckung zu basieren, wird als eine unannehmbare Vereinfachung betrachtet, da sie den Felseinbruch und die benoetigten Unterstuetzungs– und Verstaerkungssysteme unzulaenglich darstellt. Die Aenderung der Umstaende kann einen zweiten Ansatz fuer die Analyse der Lastsituation erforderlich machen. Die St.Ives Gold Mining Company hat DE Platten aus Foerderband-Gummi und elastischen Kabeln mit verschiebbaren Verankerung entwickelt und dazu verwendet, die dynamische Kapazitaet der Unterstuetzungs- und Verstaerkungssysteme zu verbessern.

Jan 1, 2003

By R. G. Tarr

During an intense and accurate study of initiation systems used on an AngloGold mine, Mine A, poor drilling practices were revealed. Graphic results of all actual measurements taken are shown below. [ ] Accurate drilling of shot holes will determine whether a mining operation is payable or not and at what pay limit mining can take place. Losing 30 cm of a potential 120 cm-hole length will result in a number of consequences, i.e.: ?Higher stoping costs ?Drilling of one shot hole twice in every five shifts ?Increased explosive cost as a result ?Excess stress on hangingwall and footwall due to bad face shape ?Excessive blast damage before the area is worked out. No wonder we have such a high-risk operation. Drilling accuracy is crucial to the profitability on any mine as profits are directly related to the quality and utilization of the drilled shot holes.

Jan 1, 2000

By Y. H. Hatzor

ABSTRACT: A fully dynamic, two dimensional, stability analysis of a highly discontinuous rock slope is demonstrated in this paper. The studied rock slope is the upper terrace of King Herod’s Palace in Masada, situated on the western margins of the seismically active Dead Sea Rift. The dynamic deformation of the slope is calculated using a fully dynamic version of DDA in which time dependent acceleration is used as input. The analytically determined failure modes of critical keyblocks in the jointed rock slope are clearly predicted by DDA at the end of the dynamic calculation. It is found however that for realistic displacement estimates some amount of energy dissipation must be introduced into the otherwise fully elastic, un-damped, DDA formulation. Comparison of predicted damage with actual slope performance over historic time span window of 2000 years allows us to conclude that introduction of 2% kinetic damping should suffice for realistic damage predictions. This conclusion is in agreement with recent results of Tsesarsky, Hatzor and Sitar (2002) who compared displacements of a single block on an inclined plane subjected to dynamic loading obtained by DDA and by shaking table experiments. Using dynamic DDA it is shown that introduction of a simple rock bolting pattern completely stabilizes the slope. RÉSUMÉ : On présente dans cet article une analyse bidimensionnelle complète de la stabilité d’une pente rocheuse très fracturée. La pente rocheuse étudiée est la terrasse supérieure du Palais du roi Hérode à Massada, située sur la rive Ouest du Rift sismiquement actif de la Mer Morte. La pente est constituée de blocs de dolomite raide présentant une stratification sub-horizontale et des joints sub-verticaux. La déformation dynamique de la pente est calculée en utilisant une version entièrement dynamique de l’Analyse de Déformation Discontinue (DDA) où l’accélération dépendant du temps est utilisée comme donnée. Les modes de rupture déterminés analytiquement des blocs clés dans la pente rocheuse fracturée sont clairement prévus par l’approche DDA à la fin du calcul dynamique. On trouve cependant, que pour obtenir des estimations réalistes du déplacement, il faut introduire un facteur de dissipation énergétique sans lequel la formulation DDA serait totalement élastique et sans amortissement. En comparant l’endommagement prévu avec les caractéristiques de la pente sur une période historique de 2000 ans, nous pouvons conclure que l’introduction d’un amortissement cinématique de 2% suffit pour obtenir de prévisions réalistes. Cette conclusion est conforme aux résultats récents de Tsesarsky, Hatzor and Sitar (2002) qui ont comparé les déplacements d’un bloc isolé sur un plan incliné sous chargement dynamique obtenus avec l’analyse DDA et à partir d’essais sur table vibrante. ZUSAMMENFASSUNG: En utilisant une modélisation DDA dynamique on montre que l’introduction d’un système simple de boulonnage stabilise la pente.In dieser Veroeffentlichung wird eine vollstaendig dynamische, zweidimensionale Stabilitaetsanalyse eines hoechst diskontinuierlichen Steinhangs dargestellt. Der untersuchte Hang ist die obere Terrasse des Herodespalastes in Massada, welche in den westlichen Randgebieten des seismisch aktiven Toten Meer Grabens liegt.Die dynamische Deformation des Berghangs wird mit Hilfe einer vollstaendig dynamischen DDA-Version berechnet, in welcher als Input die zeitabhaengige Beschleunigung eingegeben wird. Die analytisch bestimmten Versagensarten kritischer Schluesselbloecke in diesem zerkluefteten Steinhang werden durch Anwendung von DDA am Ende der dynamischen Berechnung klar vorausgesagt. Es zeigt sich jedoch, dass fuer realistische Dislozierungs-Abschaetzungen ein gewisses Mass an Energieverlust in der sonst vollstaendig elastischen, ungedaempften DDA-Fassung einbezogen werden muss. Der Vergleich des vorhergesagten Schadens mit dem aktuellen Verhalten des Berghangs waehrend einer historischen Zeitspanne von 2000 Jahren erlaubt uns zu schliessen, dass ein Zusatz von 2% kinetischer Daempfung fuer eine realistische Vorhersage des Schadens ausreichen sollte. Diese Schlussfolgerung steht im Einvernehmen mit neuen Ergebnissen von Tsesarsky, Hatzor und Sitar (2002), welche die Dislozierung eines einzelnen Blocks auf geneigter Ebene unter dynamischer Belastung – unter Anwendung von DDA und “shaking table”-Versuchen – verglichen. Mit Hilfe der dynamischen DDA wird gezeigt, dass der Steinhang durch Anwendung einer einfachen Steinschraubenstruktur vollkommen stabilisiert werden kann.

Jan 1, 2003

By B. P. Watson

The Bushveld platinum group metal deposits are two distinct, shallow-dipping stratiform tabular orebodies and strike for many hundreds of kilometres. Mining is extensive, with depths ranging from close-to-surface to 2 000 m. The mining method is a variation of planar open stoping. Pillars are widely used to support the openstopes. Little work has been done in the past to determine pillar strength and pillars have been designed using experience and formulae developed for other hard-rock mines. This has led to oversize pillars with consequential loss of ore or undersize pillars resulting in potential collapses or pillar bursts. This paper describes a back-analysis of pillar failures at Impala Platinum, just north of Rustenburg, and provides insights into pillar behaviour. Strength formulae are presented for Merensky Reef pillars at Impala. These formulae may be used cautiously on other platinum mines with similar geotechnical and geomechanical conditions.

Jan 1, 2008

By P. O. Osifo, K. Premlall, X. Goso, R. H. Matjie, M. R. Mulaudzi, J. R. Bunt, K. Mphahlele

This study investigates the transformation of pyrolytic spent tyre-derived char and crumb rubber into high-performance activated carbon chars for industrial wastewater remediation. Utilising an in-house macro-thermogravimetric analysis system under an argon atmosphere, spent tyre-derived activated carbon char were synthesised via physical temperature activation and aqua regia demineralisation. Comprehensive characterisation using x-ray diffraction, Raman spectroscopy, and scanning electron microscopy, revealed a predominantly amorphous structure with nanoscale crystallites (~1 nm) and active surface functional groups. Proximate analysis confirmed that both crumb rubber and leached tyre crumb rubber with aqua regia derivatives achieved favourable compositions (ash ≈ 9.6%; fixed carbon ≈ 84%), comparable to commercial activated carbon (AC). At an optimal activation temperature of 850°C, the char of tyre crumb leached with aqua regia variant exhibited a significant surface area of 300 m²/g. Crucially, the tyre crumb char produced at 850°C variant developed a pore volume of 0.8 cm³/g—effectively doubling that of commercial activated carbon (0.4 cm³/g)—facilitating the sequestration of large organic molecules. In application tests using high-strength starch wastewater, char of tyre crumb leached with aqua regia and tyre crumb char, both produced at 850°C, achieved total organic carbon removal efficiencies of 60% and 50%, respectively, bridging the performance gap between waste-derived and commercial adsorbents. These findings validate waste tyres as a viable, low-cost precursor for industrial-grade adsorbents, offering a sustainable circular economy route for tyre valorisation and reduced industrial disposal costs. Future research will focus on kinetic modelling and the recovery of zinc from spent tyre-derived activated carbon char residues.

Mar 30, 2026

By A. McQuillan, N. Bar

Geotechnical engineers are routinely tasked with advising suitable stand-off distances below highrisk sections of slopes in open-pit mines that are identified to have potential to deform or collapse. Accurate prediction of failed material runout can mean the difference between continuous safe mining and unwanted high-potential incidents that result in loss of production, equipment damage, injury, or loss of life. This paper updates previous empirical relationships presented by the authors for estimating the volume and runout distance of excavated slope failures, in an open-pit mine operation, using slope geometry as the primary predictor. Cases are sourced from varying slope geometries (fall heights up to 385 m, slope angles up to 80°) and a range of commodities (iron ore, coal, nickel, gold, copper, boron, and limestone), excavated in sedimentary, banded-sedimentary, epithermal, and copper-porphyry deposits, across all six inhabited continents. Analysis of these cases identified positive correlations between slope height and runout distance, and slope height and failed material volume. In general, negative correlations were identified between Fahrböschung angle and slope height, and Fahrböschung angle and failed material volume; however, significant scatter is observed in these datasets. A definitive relationship could not be derived comparing Fahrböschung angle with failed material runout. Slope angle was also found to be a poor indicator of runout. Of the parameters analysed, slope height (i.e., fall height) was found to be the simplest and best predictor of runout distance. This paper presents new charts for predicting failed material runout distance for rock slopes. Relationships are defined for structurally and rock-mass driven slope failure mechanisms at average, 75%, and 95% prediction intervals

Jul 10, 2024

By Q. Fu, Q. Wang, L. G. Wen, M. X. Jia, J. J. Zhao, J. W. Zhou

The BGRIMM process mineralogy analyser (BPMA) is a new automated mineralogy software platform developed in China. This system consists of the BPMA software platform, controlling a combination of commercially available scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive Xray spectrometry (EDS). The BPMA software controls SEM and EDS through their application programming interfaces, to form an auto-SEM and EDS system that automatically acquires BSE images and X-ray spectra, respectively, and classifies minerals by spectrum-matching. After automated measurement and mineral identification, various quantitative process mineralogical data (e.g., mineral composition, mineral abundance, mineral liberation and intergrowth relationships, mineral associations, particle and grain sizes, particle density distributions, calculated assay, elemental deportments, mineral grade recovery and elemental grade recovery, etc.) would be calculated quickly, accurately and automatically. The BPMA could be used for ore characterisation as a new advanced automated mineralogy technology. Keywords: BSE image; X-ray spectrum; automated mineral identification; quantitative mineralogical investigation; automated mineralogy

Jan 1, 2020

By C. Zangerl, K. F. Evans, S. Loew

ABSTRACT: Settlements above fractured crystalline rock masses are rarely observed and in the past, geotechnical engineers would not expect substantial subsidence to occur in association with a deep tunnelling project. However, recent high precision levelling measurements along the Gotthard pass road in central Switzerland, have revealed up to 12 cm of subsidence along sections that pass several hundred metres above the Gotthard highway tunnel. Large-scale consolidation resulting from tunnel drainage and pore pressure changes in the rock mass are believed to be the contributing mechanism. This paper presents results from an extensive numerical modelling study focussing on the processes responsible for this subsidence. Results derived from 2-D discontinuum (i.e. distinct-element) and continuum (i.e. finite-element) modelling show that both discrete fracture deformation (i.e. fracture closure and shear) and poro-elastic consolidation of the intact rock matrix equally contribute to the observed magnitudes and shape of the surface subsidence trough. RÉSUMÉ: Des tassements aux dessus de massifs cristallins sont rarement observés et par le passé les géotechniciens ne prévoyait pas de subsidence significative associée avec des projets de tunnel profond. Cependant, de récentes campagnes de nivellement haute précision le long de la route du Col du Gotthard (Suisse centrale), ont mis en évidence des subsidences atteignant 12 cm sur des sections passant plusieurs centaines de mètres au-dessus du tunnel routier du Gotthard. Le mécanisme invoqué pour expliquer ce phénomène est la consolidation à grande échelle due au drainage du tunnel et aux variations de pression de pore dans le massif rocheux. Cet article présente les résultats d’une modélisation numérique intensive mettant l’accent sur les processus responsables pour la subsidence. Ces résultats obtenus grâce à des modèles 2-D discontinus (p. ex. éléments distincts) et continus (p. ex. éléments finis) montrent que la déformation sur des fractures discrètes (fermeture de fractures, cisaillement) ainsi que la consolidation poro-élastique de la roche intacte contribuent également aux magnitudes et aux géométries de subsidence observée en surface. ZUSAMMENFASSUNG: Beachtliche Oberflächensenkungen in einem kristallinen Gebirge, deren Ursache im Vortrieb eines mehrere hundert Meter tiefgelegenen Tunnels liegt, wurden bisher nicht erwartet und beobachtet. Dennoch wurden nach dem Bau des Gotthardstrassentunnels, entlang der Gotthardpassstrasse Oberflächensenkungen mit einem Maximalbetrag von 12 cm bei der Auswertung von Präzisions-Nivellements entdeckt. Dieser Maximalbetrag wurde in einem granitischen Gneis gemessen. Die örtliche Übereinstimmung zwischen dem maximalem Senkungsbetrag und dem maximalem Wasserzufluss zum Tunnel, und die zeitliche Abfolge von Tunnelbau und auftretenden Oberflächensenkungen lassen hydromechanisch gekoppelte Prozesse als Ursache dieser Gebirgsverformungen vermuten. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse ausgedehnter prozessorientierter numerischer Simulationen präsentiert. Resultate aus den 2-D Diskontinuum (d.h. distinct-element) und Kontinuum (d.h. finite element) Simulationen zeigen, dass beide Verformungsmechanismen, d.h. an diskreten Brüchen und der intakten Gesteinsmatrix, gleichbedeutend für die beobachteten Senkungsbeträge und der Form des Setzungstroges verantwortlich sind.

Jan 1, 2003

Abstract : The computation of reliability index or failure probability of slopes can be transformed into an optimisation problem. In high rock slope engineering, it is usually a multimodal optimization problem. The traditional optimization techniques are difficulty to find out the global optimal solution because of their easily falling into local optimal value. Recently, a new kind of bionic algorithm - ant colony algorithm (ACA) - has been used to solve this problem. In this paper, the structure of ant colony algorithm and the transfer probability of ants are modified to evaluate the failure probability of complicated slopes. A new adaptive ant colony algorithm (AACA) is proposed to determine critical slip surface and its corresponding failure probability of complicated slopes. A case study is given to verify the proposed approach. The results show that the presented method has obvious advantages compared with traditional methods. ZUSAMMENFASSUNG: Die Rechnung des Zuverlaessigkeitindexes oder der Zerstoerungswahrscheinlichkeit kann sich in einer Optimierungsfrage umwandeln, im Bauprojekt an hoehe Gebirgehang, handelt es sich meistens um eine Optimierungsfrage ueber Multi- Spitzenwert. Mit der traditionelle Optimierungsmethode ist es schwer eine umfassende Loesung fuer die Optimierung zu finden wegen des leichte Verfallens in Beschraenkung der Teiloptimierungsloesung. Mit dem neue Bionik- Algorithmus —— Ameisen - Kolonie- Algorithmus wird dieses Problem geloest. In diesem Text hat man eine Strukturverbesserungsloesung fuer das Ameisen- Kolonie -system und die Wahrscheinlichkeit der Ameisenkolonie erwaehnt, und damit wird man die Zerstoerungswahrscheinlichkeit des komplizierte Hangs feststellen. Mit dem neuen Ameisen- Kolonie- Algorithmus kann man die gefaehrlichste Gleitflaeche und die entsprechende Zerstoerungswahrscheinlichkeit herausfinden. Die in diesem Text beschriebene Methode wurde durch Praxis geprueft. Durch die Pruefergebnisse wurde es gezeigt und bestaetigt, dass der neue Bionik- Algorithmus vorteilhafter als der traditionelle Algorithmus ist. Résumé : Le calcul de l’indice la fiabilité ou de la probabilité de ruptures peut être transformé en un problème de l’optimisation. Pour le cas du génie des pentes de haut rocher , le problème se pose en général en l’optimisation de multi-crêtes. Les techniques traditionnelles conduisent facilement à la solution optimal partielle au lieu de celle globale. Récemment un nouveau type de bionique algorithmique a été appliqué pour la solution de ce genre de problèmes, c’est l’Algorithme Colonie de Fourmis. Dans l’article il est proposé de modifier la structure du système de la colonie de fourmis et la probabilité de transfert des fourmis en vue d’évaluer la probabilité de ruptures des pentes de haut rocher complexes, par ailleurs un nouveau algorithme adapté de colonie de fourmis est formulé pour déterminer la surface glissante critique et la probabilité de ruptures correspondante. Les techniques proposées dans l’article sont vérifiées à travers des expérimentations dont les résultats ont prouvé que les techniques présentées dans l’article sont évidemment meilleures que celles traditionnelles.

Jan 1, 2003

By V. P. Kolosyuk, A. M. Bryukhanov

Occurrences of hazardous events (explosions of methane or coal dust, fires, outbursts) have been investigated and presented as a flow of events in time. It has been shown that flows of hazardous events in a long time span are homogeneous, stationary and no-after effect flows and can be considered as stationary Poisson flows. A flow of CH4/coal dust explosions that had happened for the last 27 years in Ukraine was analyzed. The explosions have been statistically processed. Practicability of agreement of statistical and theoretical data on mathematical expectation and mean square deviation of time interval between explosion and the explosion intensity has been stated. Probability of an emergency event in time is expressed through an exponential function, while mathematical expectation of an accident and mean square deviation of time interval between successive explosions are in inverse proportion to the accident intensity. Accident probability for practical purposes can be determined as a product of accident intensity by calculated time interval.

Jan 1, 2003

By C. Ringas

Pipelines are used extensively in industry to convey various products. Internal corrosion of pipelines can lead to perforation and leakage of the product. A growing problem, not often accurately recognized, is internal corrosion of pipelines caused by bacteria. Microbiologically-induced corrosion (MIC) refers to corrosion caused by a variety of micro-organisms. This form of corrosion is not widely recognized in many industries, although it is widespread and causes many corrosion problems in pipelines, both internal and external. Sulphate-reducing bacteria (SRB) are responsible for the bulk of the corrosion problems caused by MIC. Corrosion caused by SRB is found extensively in water pipelines conveying raw, potable and waste water, as well as in pipelines conveying slurries. This problem also occurs in pipelines conveying crude oil. This paper describes internal corrosion problems of slurry pipelines caused by bacteria and outlines mitigation methods to improve slurry pipeline integrity, thereby extending the life of such pipelines.

Jan 1, 2007

By C. J. Tonkin

Compressed air is widely used on South African gold mines. However, due to recent and proposed future electricity tariff increases it is quickly becoming too expensive to produce and use. Boxfront chute systems at ore passes were focused on during this study, and a number of alternative power sources were examined. After comparing primarily costs, and secondarily safety and practicality, of a number of systems based on water and hydraulic oil, a system making use of either air or water was determined to be the most cost effective. A payback time of 8 years was calculated, which will be significantly less taking into account the avoidance of failures due to electricity and water shortages, which would not affect this system due to its ability to swap between either air or water. It was recommended that this system be installed at all boxfront chutes as soon as possible so that the company can begin to benefit from the cost savings.

Jan 1, 2013