Shear strength evaluation of reinforced rock discontinuities

The evaluation of the shear strength of a rock discontinuity reinforced by means of passive bolts (dowels) is needed in order to determine the stability conditions of a reinforced rock mass. Prestressed steel elements can be easily taken into account in the classical limit equilibrium analysis, whilst the fully bonded dowels present more difficulties. The dowel contribution is, in fact, strictly connected to the rock mass deformation as the different stiffness of the steel and rock material induces stress state within the dowel. The stress state is more complicated when the steel element crosses a discontinuity as both the deformability and strength features of the rock and of the steel influences the dowel deformation. Several experimental and theoretical works have been developed in the field but none of them seem to give a fully satisfactory answer. For this reason, a specific laboratory device, able to measure the shear resistance of a rock discontinuity, reinforced by means of a dowel, has been set up. This device has enabled the performance of several laboratory tests, on full scale specimens, to evaluate the influence of some important parameters: steel type, bar diameter, reinforcement type (bars and pipes) and rock type. Test results are reported in the paper together with a critical comparison with results from technical literature and from an analytical model. Die Bestimmung der Stabilitätsbedingungen des Gebirges setzt die Schätzung der Scherfestigkeit von druch Ankern verstärkten Kluften voraus. Gespannte, aktive Verstärkungselemente können ohne weiteres durch die Anwendung des Grenzzustandverfahrens im Gleichgewicht berücksichtigt werden. Voll zementierte Anker erschweren eine vernünftige Rechenmodellierung. Der Beitrag der passiven Anker hängt von der Verformung des Gebirges ab, da die Beanspruchung der einbetonierten Stäbe auf den Steifigkeitsunterschied zwischen Fels und Stahl zurückzuführen sein sollte. Die gesamte Spannungsverteilung wird deswegen von einer dazwischenliegenden Felskluft und vom durchgehenden Stahlanker, mit Bezug auf die Verformbarkeit und auf die Festigkeit von beiden, Stahl und Fels, stark beeinflußt. Zahlreiche Versuche und Berechnungen sind auf diesem Gebiet aber mit keiner entsprechenden, einwandfreien Lösung durchgeführt worden. Aus diesem Grund wurde die Laboreinrichtung hergestellt, um den Scherwiderstand von mit Ankern verfestigten Felsklüften messen zu können. Dieses Gerät hat die Verwirklichung zahlreicher Laborversuche mit im Maßstab 1:1 angewendeten Ankern ermöglicht, um die Beeinflussung der Stahleigenschaften, der Stabdurchmesser oder der Rohrquerschnitte und schließlich des Gesteines selbst bestimmen zu können.Die Versuchsergebnisse werden im Bericht beigefügt um sie mit Literaturdaten zu vergleichen und die entsprechenden, analytischen Modelle sind ebenfalls kurz beschrieben.