Zum Verhältnis seismisch und statisch ermittelter Elastizitätsmoduln von Fels

Zusammenfassung

Zum Verhältnis seismisch und statisch ermittelter Elastizitätsmoduln von Fels. Ausgehend von einem Überblick über reichhaltige jüngere Vergleichswerte aus über 30 Felsbereichen in aller Welt und nach einer kurzen Charakterisierung der wesentlichen Merkmale und Wesensunterschiede beider Verfahren, werden Einzelfragen behandelt und Hinweise gegeben, die zur Beleuchtung und besseren Beurteilung des recht komplexen Zusammenwirkens vieler Einflüsse von Bedeutung sein können.

Bei den statischen Versuchen sind die Spannungs-Verformungs-Linien aufschlußreich. Bei den seismischen Messungen gibt die Wahl kurzer Meßwege, nicht nur von der Oberfläche aus, sondern zwischen Stollen und Bohrlöchern in verschiedenen Tiefen, die Voraussetzung, repräsentative Mittelwerte des Eseism für unterschiedliche Felsbereiche zu erhalten. Die oft nicht berücksichtigte Wirkung des Bergwassers ist zu beachten. Die Schallgeschwindigkeit wird bereits durch teilweise Sättigung fühlbar erhöht. Die seismische Anisotropie ist von der statischen verschieden und kann sich sehr unterschiedlich auswirken. Bei verfeinerten Untersuchungen ist auch die Frequenzabhängigkeit der Geschwindigkeit zu beachten, die infolge der Viskoelastizität von Fels und ihrer Unterschiede (i. a. Zunahme mit Abnahme von Festigkeit und Z?-Modul) auftritt. Die früher nur vereinzelte Messung der Transversalgeschwindigkeit gewinnt wachsende Bedeutung. Sie gestattet nicht nur die Ermittlung der seismischen Querdehnungszahl ; Scherwellen sind auch gegen Störungen im Fels viel empfindlicher. Die Messung der dabei auftretenden Dämpfung gibt zusätzliche Deutungsmöglichkeiten .

Wenn man sich bcwußt bleibt, daß ein großer Ungenauigkeits- und Streubereich zur Zeit noch unvermeidlich ist, können Näherungswerte des Modul-Verhältnisses als Kurven aus genügend vielen Einzelwerten für begrenzte geologische Bereiche aufgestellt werden. Einige jüngere Beispiele werden angeführt. Abschließend wird die Notwendigkeit weiterer Versuche als Grundlagenforschung und zur Gewinnung exakterer Vergleichswerte hervorgehoben.

Summary

On the correlation of seismically and statically determined moduli of elasticity of rock masses. The world-wide increase in the use of seismic investigations of foundation sites testifies to a great interest in the possibility of drawing reliable conclusions from seismically measured characteristics of elasticity, as to the deformation of a weightcarrying rock mass. Seismic and static rock measurements in situ yield a ratio of modulus of elasticity ranging from the values two to ten approximately. So far it has proved very difficult to find the right key linking these values. A survey is given of a wealth of recent comparative values for more than thirty rock formations over the whole world. After a brief characterization of the essential properties and differences of both processes, definite problems are dealt with and hints are given. These may serve to illuminate and facilitate judgment on the rather complex interaction of many causes.

The stress-deformation curves gained from the static measurements yield some information. The seismic measurements profit from the use of short distances, reckoned not only from the surface, but between the various depths of adits or boreholes. Short distances are needed to obtain representative averages of Eeism for diversified rock regions. There is a need to observe the frequently neglected influence of water-filled cavities. Even partial saturation effects a notable increase in propagation velocity. Seismic and static anisotropy differ and may have highly diverse effects. More refined investigations also need to allow for an interaction of frequency and velocity due to the rock’s viscous elasticity; the latter increases as rock strength and modulus of elasticity decrease. In the past, transverse velocity has been measured only occasionally but is achieving a greater importance. Not only does it permit the determination of the seismic Poisson’s ratio, but shear waves are much more sensitive to faults in rock masses. Measurement of the attendant attenuation offers added possibilities for interpretation.

As long as a wide range of error as at present is accepted as being unavoidable, approximative values for the modulus ratio may be plotted as curves composed from a sufficient number of discrete data which are valid for a limited geological range. Some more recent examples are quoted. The need is finally established for a continuation of basic research and in situ investigations to gain comparative data of greater accuracy.

Résumé

Relation entre les modules d’élasticité des roches déterminés par des méthodes sis-miques et statiques. Dans le monde entier, l’emploi des méthodes sismiques se développe pour la reconnaissance des fondations. Il importe donc au plus haut point de savoir daris quelle mesure on peut utiliser des paramètres élastiques d’origine sismique pour connaître la déformation sous charge d’un massif rocheux.

Le rapport des modules sismiques et statiques mesurés in situ est compris entre 2 et 10 environ, et il s’est avéré très difficile jusqu’à présent d’en trouver l’explication. On donne un ensemble de valeurs récentes comparées, pour plus de 30 massifs rocheux pris dans le monde entier; Après une description rapide des propriétés essentielles et des différences des deux méthodes, on traite des points précis et on fait des suggestions pour éclairer l’interaction complexe de nombreuses influences.

Les courbes effort-déformation obtenues par les essais statiques sont riches en informations. Les mesures sismiques s’appliquent non seulement à partir de la force, mais aussi entre des galeries ou des forages à diverses profondeurs. Le choix de trajets courts permet d’obtenir des valeurs moyennes représentatives du module sismique pour différentes zones du massif rocheux. Il faut tenir compte de l’influence souvent négligée de la teneur en eau; une saturation partielle augmente déjà sensiblement la vitesse. Les anisotropics sismiques et statiques sont différentes et peuvent se traduire par des effets tout à fait différents. Les recherches les plus précises demandent de tenir compte de l’influence de la fréquence sur la vitesse à cause de la visco-élasticité de la roche; cette influence augmente lorsque la résistance et le module de la roche diminuent. La vitesse transversale, qui n’était autrefois mesurée qu’occasionnellement, prend de plus en plus d’importance. Non seulement elle permet de déterminer le coefficient de Poisson sismique, mais encore les ondes de cisaillement sont beaucoup plus sensibles aux surfaces de séparation du massif rocheux. La mesure de leur amortissement offre des possibilités supplémentaires d’interprétation.

Si l’on admet qu’on ne peut encore éviter une assez grande dispersion, on peut utiliser des valeurs approximatives du rapport des modules pour construire des courbes avec un nombre suffisant de résultats valides pour des domaines géologiques limités. On donne quelques exemples récents. Il faut finalement continuer la recherche fondamentale et les mesures sur le terrain pour obtenir des valeurs comparées plus exactes.