The effect of joint condition and block volume on GSI and rockmass strength estimation

M. Pitts, Mark S. Diederichs

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Mine Waste Disposal

ABSTRACT: Rock mass classification schemes are useful for estimating design parameters, design of excavation or support, and communicating information about rock masses. One such system is the geological strength index (GSI), which is widely used in tunnel and mine design because it produces quantitative values that can be used to calculate the strength and deformation properties of a rock mass. At a preliminary stage, this can reduce the need for costly in-situ tests to design support and excavation systems. GSI is based on qualitative inputs about joint condition and joint spacing that make it somewhat subjective. To use the system properly, experience in the geotechnical sector is often required. To make GSI more standardized and easy to use, previous authors have proposed relationships between block volume, joint condition, and the GSI value for a rock mass. In the past, such relationships have been crudely calibrated based on case studies with sparse measurement data. This study takes a more rigorous, albeit virtual verification and calibration route using finite element models with discrete joint elements to test relationships between rockmass GSI and actual joint spacing, joint condition and joint persistence. Rock blocks with defined combinations of these parameters are tested for overall strength. The results are compared to strength predictions from GSI and from equivalent material models. This study illustrates the importance of considering joint persistence in the GSI system, a parameter not explicitly included. Joint orientation and model size are also considered. Recommendations are made for model construction and the use of a quantified approach to GSI estimation and rockmass strength conversion.

RÉSUMÉ: Les systèmes de classification des massifs rocheux sont très utiles afin d'estimer les paramètres de conception, de planifier des méthodes d'excavation ou de support, ainsi que de communiquer l'information au propos des massifs rocheux. Un de ces systèmes sont utilisées (indicateur de solidité geologique) est avantageux dans le dessin d'évaluer la solidité ou la déformation des massifs rocheux. À l'étage préliminaire ceci peut réduire le besoin d'épreuves d'analyse coûteuses qui bénéficient le dessin de ces projets. ISG est basé sur des entrées qualitatives de la condition bien utiliser ce système, il est souvent nécessaire d'avoir de l'expérience dutiliser, des auteurs ont suggérés des rapports entre la valeur du ISG des massifs rocheux et divers caractéristiques incluant le volume des blocs et la condition des joints. Autrefois, ces rapports étaient fondés sur des études de cas avec des données éparses. Bien qu'elle soit virtuelle, cette étude prend une démarche rigoureuse. Un modèle utilisant des éléments finis ayant des éléments de joints distincts est emplopersistance actuelle des joints. Des blocs rocheux définis par des combinaisons de ces paramètres sont analysés pour évaluer la solidité de l'ensemble du système. Les résultats procuré, ainsi que ceux d'autres modèles équivalents. orientation des joints et la taille du modèle des massifs rocheux sont également considérés. Des recommandations pour la construction des modèles, ainsi sont établies dans ce rapport.

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