Fundamentals of Geomechanics for Rock Engineering in China

Summary

Fundamentals of Geomechanics for Rock Engineering in China, The development of engineering geomechanics in China is closely connected with the large scale of engineering constmctions during the last three decades. As a new boundary branch of engineering geology it emphasizes the integration between geoscience and engineering-mechanical sciences. The basic idea of engineering geomechanics is the controlling role of the stmcture of geologic mass on the stability of rock engineering. The basis for prediction of the future behavior of geologic mass is the understanding of its geologic forming history and the knowledge of its present state. Some fundamental aspects can be summarized as follows:

• 1. The regional stability of the earth’s cmst is the important factor for the assessment of the engineering-geologic environment in China.

• 2. For planning and selection of engineering sites the assessment of mountain (terrain) mass should be based on the correct understanding of the geomechanics background in the area.

• 3. The study of deformation and failure mechanism on the basis of particular rock mass stmcture is the prerequisite for the quantitative stability analysis of a given rock engineering.

• 4. The relationship and interaction between engineering buildings and geologic stmcture are quite complex and should be taken into account for design and construction.

  A large amount of engineering problems is confronted to the geomechanics study in China and the latter would be improved in its practical application.

Zusammenfassung

Grundlegende Problemeder Geomechanikim Felsbau Chinas. Die Ingenieur-Geomechanik ist ein neuer Zweig der Ingenieurgeologie; ihre Entwicklung in China ist durch das große Ausmaß von Ingenieurbauten bestimmt. Ihre wichtigste Aufgabe ist das Studium der Standsicherheitsprobleme geologischer Massen, wie z.B. der regionalen Stabilität der Erdkruste, der Standsicherheit von Gebirgsmassen, Standsicherheitsaufgaben im Felsbau, sowohl im untertägigen als auch im obertägigen. Das Studium der Ingenieur-Geomechanik legt das Hauptgewicht auf deren praktische Anwendung und auf die enge Integration geologischer, Ingenieur- und Werkst off-Wissenschaften.

Die grundlegende These der Ingenieur-Geomechanik fußt auf der Ansicht, daß die Stabilität Geologischer Körper (Massen) vorwiegend von ihrem Aufbau abhängt, Für geologische Massen verschiedener Kategorien in der oberen Erdkruste kann dieser innere Aufbau durch ein diskontinuierliches Modell charakterisiert werden, welches im wesentlichen aus zwei Strukturelementen besteht: Trennflächen und Kluftkörper. Je nach ihren Gefugemerkmalen konnen die geologischen Korper flir die ingenieurmäßige Beurteilung klassifiziert werden.

Da sich der Aufbau einer geologischen Körpermasse in der geologischen Geschichte der Felsformation, in der tektonischen Durchbewegung und späteren Verwitterung ausbildet, muß die ingenieur-geomechanische Beurteilung den geomechanischen Prozeß welcher zur Bildung der geologischen Masse geführt hat, in Betracht ziehen.

Nach den Erfahrungen aus der Ingenieurpraxis in China stehen folgende grundlegende Probleme an:

• 1. muß zur Beurteilung der regionalen ingenieurgeologischen Umwelt die Stabilitat der oberen Erdkmste erfaßt werden.

  Diese Stabilität der oberen Erdkmste wird (vielfach) von aktiven Störungen beherrscht. Ingenieurbauten können die regionale natürliche Umwelt stark beeinflussen, was eine Umlagerung von Kmstenspannungen verursachen kann. Die induzierten Erdbeben von Xingfenjian und einigen anderen Staubecken sind typische Beispiele.

• 2. müssen die geomechanischen Grundlagen zur ingenieurmäßigen Beurteilung von Gebirgs-(bzw. Boden-)massen klargestellt werden.

  Die Fehler in der Ausdeutung der geomechanischen Grundlagen, z.B. eine Müsinterpretation einer überfalteten Struktur als Monoklinale, haben ernsthafte Schäden an Ingenieurbauten verursacht, Zahlreiche Case-histories erweisen die Bedeutung dieses Problems.

  Praktische Erfahrungen häben etliche Typen komplexer geomechanischer Zusammenhange mit unvorteilhaften ingenieurgeologischen Bedingungen erkennen lassen.

• 3. ist die Voraussetzung des Mechanismus potentieller Instabilität von Felsmassen, aufgrund des Gefuges derselben, grundlegende Voraussetzung für Stabilitätsanalysen im Felsbau.

  Die Verformungen des Gebirges im instabilen Zustand können eingeteilt werden in Sprödbruch, en-bloc-Bewegung, Schichtverbiegung und -zerbrechung, Auflockerungsentfestigung und plastische Verformung. Die verschiedenen Mechanismen des Versagens werden von dem jeweiligen Gefüge und Bau des Gebirges diktiert. Viele praktische Fälle zeigen, daß eine korrekte Vorhersage des potentiellen Instabilitäts- bzw. Bruchmechanismus cine wesentliche Vorbedingung Für eine Stabilitätsanalyse ist.

• 4. sollte die Wechselwirkung zwischen Ingenieurbauten und Gebirgsbau analysiert werden, urn vernünftige Entwurfe und Konstruktionen im Felsbau zu ermoglichen.

  Die Konstruktion eines Ingenieurprojektes ist wohl den Zwängen des geologischen Aufbaus unterworfen, aber der Ingenieurbau kann auch seinerseits das Gebirge beeinflussen, was eine Veränderung des technischen Verhaltens verursachen kann. Ein vernünftiger Entwurf muß im Felsbau den tatsächlichen Arbeitszustand des Gebirges in der Zukunft unter der Wechselwirkung mit den auf ihm errichteten Bauwerken in Betracht ziehen.

  Die Berichte von einigen Talsperrenbaustellen zeigen die Wichtigkeit dieses Problems.

  Gegenwärtig ist der chinesische Techniker mit neuen schwierigen Aufgaben der Ingenieurbauten konfrontiert. Dabei werden die Prinzipien und Methoden der Ingenieur-Geomechanik in ihrer praktischen Anwendung Verbesserungen erfahren.