Experimental investigation on shear strength of rock joints under cyclic and dynamic loading

Ali Fathi, Zabihallah Moradian, Patrice Rivard, Gerard Ballivy, Marco Quirion

In the proceedings of: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Rock Engineering and Civil Infrastructures

ABSTRACT: The understanding of the shear mechanism of discontinuities and selecting the appropriate shear strength parameters under cyclic and dynamic loading conditions is one of the major problems for structure designers in rock masses. In this paper, experimental methodologies are conducted on replica samples under different loading conditions such as monotonic loading, step loading, cyclic loading and dynamic loading in order to enhance our understanding of the shear mechanism of the rock joints. Shear behaviour and shear strength parameters of the joints are evaluated by scanning the joint surfaces before and after the test and analyzing the degradation of the first and second order asperities. A comparison between maximum shear strength, cohesion and friction angle of the joints under three loading conditions (monotonic, cyclic and dynamic) is done to see how these parameters are changed by changing loading condition. The results of this study showed that testing joint samples under cyclic and dynamic loading will change their shear mechanism and the degradation of their second order asperities but if the applied loads are low the shear strength icantly. This is due to this fact that the shear strength parameters are more dependent on first order asperities than second order asperities.

RÉSUMÉ: La connaissance des mécanismes de cisaillement des discontinuités sous sollicitations cycliques et dynamiques ainsi que la sélection de paramètres de résistance au cisaillement appropriés pour de telles conditions constituent un problème important pour les conception au rocher. Cet article présente quelques méthodologies expérimentales réalisées en laboratoire sur des répliques soumises à différentes sollicitations: chargement monotone, par palier, cyclique et dynamique. Le comportement en cisaillement et les paramètres de cisaillement des discontinuités sont évalués par la numérisation de la surface avant et après les essais afin d'analyser la dégradation des aspérités de premier et second ordre. Un comparaison entre la résistance au cisaillement maximale, la cohésion (apparente?) et l'angle de friction pour les diverses sollicitations est faite afin d'en évaluer l'influence sur ces paramètres. Les résultats de l'étude montre que les essais sous sollicitations cycliques et dynamiques ont un effet sur le mécanisme de cisaillement et la dégradation des aspérités de second ordre. Par contre, si les charges appliquées sont faibles, les paramètres de cisaillement sont peu influencés. Ceci est dû au fait que les paramètres de résistance au cisaillement sont plutôt dépendant des aspérités de premier ordre.

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