Möglichkeiten und Grenzen des Base Friction Konzepts

Zusammenfassung

Möglichkeiten und Grenzen des Base Friction Konzepts

Der vorliegende Beitrag befaßt sich mit einer von Goodman eingeführten neuen Technologie für zweidimensionale Modellversuche in der Felsmechanik. Bei diesen Modellen sollen die im Prototyp durch die Gravitation erzeugten Körperkräfte durch Reibungskräfte simuliert werden, die dieselbe Richtung wie die Erdbeschleunigung besitzen müssen und die entstehen, wenn das zweidimensionale Modell in einer horizontalen Ebene aufgebaut und zwischen dem Modell und der horizontalen Basis eine entsprechende Relativbewegung erzwungen wird.

Nach einem kurzen Überblick über die einschlägige Literatur wird anhand eines Stabilitätsdiagramms für einen Einzelkörper an der Schiefen Ebene untersucht, ob die im geklüfteten Fels auftretenden Bruchmechanismen „Gleiten“, „Kippen“ und „Kippen bei gleichzeitigem Gleiten“ im Base Friction Modell exakt modellierbar sind.

Aus dieser Untersuchung ergibt sich, daß in den Bereichen „Kippen“ und „Gleiten“ bezüglich der Kinetik mit Schwerkraftmodellen übereinstimmende Ergebnisse zu erzielen sind. Im Bereich „Kippen bei gleichzeitigem Gleiten“ treten dagegen wesentliche Abweichungen auf, weil die Simulation der Schwerkraft durch Reibungskräfte nicht vollständig gelingt. Fälle, bei denen Aussagen über Geschwindigkeits-und Beschleunigungsverhältnisse im Prototyp gemacht werden sollen, können aus demselben Grund mit einem Base Friction Modell nicht untersucht werden.

Nach einer ausführlichen Kritik wird dann der Schluß gezogen, daß das Base Friction Modell zwar als Entwurfshilfsmittel ungeeignet ist, daß es aber als Methode für die Grundlagenforschung in der Felsmechanik mit Aussicht auf Erfolg eingesetzt werden kann.

Summary

Possibilities and Limitations of the Base Friction Model

The paper deals with a new technology for two-dimensional model tests in rock mechanics introduced by Goodman. In this model gravity is simulated by base friction forces. Their direction is to be that of gravity. The two-dimensional model is placed on a horizontal base. A movement of this base relative to the model produce frictional forces which model gravity.

First a single model element placed on an inclined plane is analysed resulting in a stability diagram. The purpose of the subsequent analysis is to assess whether the mechanisms of failure being investigated, i. e. “sliding”, “toppling”, and “toppling combined with sliding”, are adequately reproduced by the base friction model.

The specific mechanisms “toppling” and “sliding” produce kineticly valid results. Considerable errors are to be expected for “toppling combined with sliding”, because of the specific base friction feature. Mechanisms including velocity and acceleration cannot be modeled by base friction.

Finally the limitations of the base friction model as a design tool and instrument for rock mechanics research are discussed.

Résumé

Possibilités et limites du “base friction model”

Le présent article traite d'une nouvelle technologie des essais à deux dimensions, introduite par Goodman, sur la mécanique des roches. Par cette technologie les forces en prototype, produites par la gravitation, doivent être remplacées par des forces de frottement. Leur direction doit être la même que celle de la gravitation. Le modèle à deux dimensions est posé sur un plan horizontal. Le mouvement relatif du modèle contre la base horizontale produit des forces de frottement, qui modèlent la gravitation.

A l'aide d'un diagramme de stabilité pour un élément isolé sur un plan incliné, on fait des analyses pour savoir si les états de mouvement aparaissant à la rupture de la roche, c'est-à-dire le fait de “glisser”, “basculer”, et “basculer en même temps que glisser”, peuvent être modelés exactement avec le “base friction model”.

Les mécanismes “glisser” et “basculer” produisent des résultats qui sont cinétiquement réels. Des fautes remarquables doivent être attendues pour le fait de “basculer en même temps que glisser” à cause de la mécanique spécifique du modèle. A modeler des vitesses et des accélérations le modèle n'est pas propre.

En conclusion on expose une critique détaillée pour savoir jusqu'à quel point cette méthode peut servir comme moyen de dimensionnement dans la pratique et comme instrument pour la recherche en mécanique des roches.