On the evaluation of JRC effect on the shear strength of rock joints: reverse modelling of rock joints using a geostatistical semivariogram model and 3D printing

Ghasem Shams, Patrice Rivard

In the proceedings of: GeoSt. John's 2019: 72nd Canadian Geotechnical Conference

Session: Rock Mechanics

ABSTRACT: Barton criterion assumes that the rock joints with the same JRCs tested under the same conditions (same normal loading, same shear loading rate, etc.) have to result in the same shear strength. This paper aims at challenging this assumption. Reverse modeling of natural rock joints was applied to randomly generate the joint profiles with given JRCs (JRC 5 and 19) based on a previously developed statistical model. Then, a 3D printer was used to manufacture physical molds based on the morphology of generated joint profiles for casting mortar. Finally, direct shear tests were conducted in the lab on the cast mortar joint specimens with various surface morphologies. The experimental results indicated that the joint profiles with almost the same JRC values, but with different surface morphologies, lead to different shear strengths. It is concluded that the JRC might not appropriately represent the shear strength of rock joints, even for joints with the same properties.

RÉSUMÉ: Le critère de Barton suppose que les joints de roche avec les mêmes JRC testés dans les mêmes conditions (même charge normale, mêmes taux de charge de cisaillement, etc.) doivent avoir la même résistance au cisaillement. Cet article vise à remettre au défi cette hypothèse. La modélisation inverse des joints de roche naturelle a été appliquée pour générer de manière aléatoire les profils de joint avec des JRC donnés (JRC 5 et 19) sur la base d'un modèle statistique développé précédemment. Ensuite, une imprimante 3D a été utilisée pour fabriquer des moules physiques basés sur la morphologie des profils de joint générés pour couler le mortier. Enfin, des tests de cisaillement direct ont été réalisés en laboratoire sur des échantillons de joint de mortier coulé présentant diverses morphologies de surface. Les résultats expérimentaux ont indiqué que les profils de joint avec presque les mêmes valeurs JRC, mais avec des morphologies de surface différentes, conduisent à des résistances au cisaillement différentes. Il est conclu que le CCR pourrait ne pas représenter de manière appropriée la résistance au cisaillement des joints rocheux, même pour les joints ayant les mêmes propriétés.

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