A Study Of The Geometrical And The Mechanical Scale-Dependency Of Fractured Rockmasses Using A Micro/Meso-Mechanical Approach

K Farahmand

In the proceedings of: GeoVancouver 2016: 69th Canadian Geotechnical Conference

Session: FUNDAMENTALS - VII Soil & Rock Mechanics

ABSTRACT: As rock engineering moves from continuum to more discontinuum approaches for modelling, the engineer must make decisions regarding the degree of complexity to simulate for a given application, balancing the level of structural detail within the rockmass model with computational cost and result accuracy. It is important to consider that model does not need to include all the existent fractures and that representative properties for a given rock mass volume can be defined including only major structural entities. Within this paper, the scale-dependency associated with the geomaterial and mechanical properties of fractured rock is investigated utilizing a Synthetic Rockmass (SRM) approach with a view to characterize such ground to aid in the design of geotechnical works. In terms of process, the concept of the Representative Elementary Volume (REV) is used to determine the equivalent continuum properties of the rockmass in order to justify the applicability of far-field behaviour of such ground, employing a continuum-based numerical analysis. A 60m x 60m x 60m Discrete Fracture Network (DFN) has been generated using the structural data obtained from LiDAR scanning of the Brockville Railway Tunnel. A number of DFN samples of varying sizes are extracted from the master network in order to be used as a geometrical basis for numerical experiments. The sample specimens are then incorporated into the 2D Discrete Element code UDEC to create SRM models. To simulate the crack propagation within the intact material, a Voronoi joint model was implemented into the DEM model. First, the mechanical properties of the micro-parameters are calibrated to Lac du Bonnet granite such that the model reproduces the exact macro properties tested in laboratory. The Unconfined Compressive Strength (UCS) of the SRM models of different sizes is used to estimate the mechanical REV. The results shows that the minimum REV size is 7m.

RÉSUMÉ: classique continu. Les ingénieurs doivent ainsi prendre des décisions en ce qui concerne le degré de complexité et déterminer l'équilibre entre le niveau de détail structural dans le modèle de la masse rocheuse et les coûts de calculs et existantes. Seules les propriétés représentatives pour un volume de la masse rocheuse et les grandes entités structurales sont nécessaires. Dans cet article, l'échelle de dépendance associée aux propriétés des géomatériaux et à la mécanique des roches fracturées est étudiée en utilisant une approche synthétique de masse rocheuse (SMR) en vue de caractériser de tels sols pour faciliter les constructions géotechniques. En termes de processus, le concept de volume élémentaire représentatif (VER) est utilisé pour déterminer les propriétés des milieux continus équivalents de la masse rocheuse pour justifier l'applicabilité au champ élargi du comportement d'un tel terrain, en utilisant une analyse numérique basée sur un modèle continu. Un réseau discret de fractures (RDF) de 60m x 60m x 60m a été généré en utilisant les données structurales d'échantillons de RDF de différentes tailles sont extraits à partir du réseau principal afin d'être utilisés comme base géométrique pour des expériences numériques. Ensuite, les échantillons sont incorporés au « 2D Discrete Element Code UDEC » pour créer des modèles de SMR. Afin de simuler la propagation d'une fissure dans le matériau intact, un modèle commun de « Voronoï » a été introduit dans le modèldes micros-paramètres sont calibrées pour le Lac du Bonnet granit de telle sorte que le modèle reproduit les mêmes macros-en compression non confinée (RCNC) des modèles SMR de tailles différentes est utilisée pour estimer le VER mécanique. Les résultats montrent que la taille minimum des VER est de 7 m. KEYWORDS: Grain based model, Discrete Fracture Networks, Rockmass strength, Scale dependency

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Cite this article:
K Farahmand (2016) A Study Of The Geometrical And The Mechanical Scale-Dependency Of Fractured Rockmasses Using A Micro/Meso-Mechanical Approach in GEO2016. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

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