A Critical Review of Laboratory Multi-Stage Direct Shear Testing for Rock Fractures

MacDonald, N.R., Day, J.J., Diederichs, M.S.

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoNiagara 2021: 74th Canadian Geotechnical Conference; 14th joint with IAH-CNC

RÉSUMÉ: Le test de cisaillement direct est une méthode de laboratoire utilisée pour définir les résistances de cisaillement maximale et résiduelle des discontinuités des roches. Les procédures décrivent deux techniques : (1) test en une seule étape, et (2) en plusieurs étapes. Le test en plusieurs étapes consiste à cisailler le même spécimen de roche plusieurs fois sous des contraintes normales croissantes, avec ou sans le retour. Le test en plusieurs étapes réduit le nombre de spécimen requis et surmontent la variabilité naturelle des échantillons. Alors, le test a devenu plus populaires dans l'industrie géotechnique. Des recherches par d'autres ont être fini et illustre l'impact plusieurs essais sur un spécimen a sur les propriétés géomécaniques. Des procédures alternatives été étudiées d’essayer à surmonter les inconvénients des tests en plusieurs étapes. Cet article présente un examen critique du test de cisaillement direct en plusieurs étapes, résume les contributions précédentes, illustre son impact sur les résultats interprétés pour la conception d’ingénierie, discute les limitations, et donne des recommandations pour les programmes du test de cisaillement direct en plusieurs étapes en laboratoire.

ABSTRACT: Direct shear testing is a common laboratory method used to define peak and residual shear strengths of rock discontinuities. Current procedures for laboratory direct shear testing outline two techniques: (1) single stage, and (2) multi-stage direct shear testing. Multi-stage direct shear testing is the practice of repeatedly shearing the same rock specimen under increasing normal stresses, either with or without returning it to its original position between stages. As multi-stage testing reduces the number of required specimens and overcomes the natural variability when testing multiple specimens, it has become increasingly popular in the geotechnical industry. Previous research illustrates the impact testing one sample several times has on the reported geomechanical properties. Alternative procedures have been developed and investigated in efforts to overcome the drawbacks of multi-stage testing. This work presents a critical review of multi-stage direct shear testing, summarizes previous contributions, illustrates the impact it has on interpreted results for engineering design, discusses the limitations, and provides recommendations for laboratory multi-stage direct shear testing programs.

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