Summary Modified Borehole Jack Method for Elastic Property Determination in Rocks This paper describes a method of determining thein-situ elastic properties of rock masses with friction-strain gauges and a lengthened borehole jack. The method involves impressing tangentially-oriented friction gauges on opposite quadrants of a borehole wall, while the remaining quadrants are loaded by the borehole jack with a unidirectional self-equilibrating pair of forces. The tangential normal strains generated at the borehole wall are thus measured concurrently with the loading. To determine the modulus of the rock mass, equations were developed relating the measured tangential normal strains and the applied ram pressures. Several factors which may influence the interpretation of data were thoroughly analyzed. It was shown that variations in the pressure distribution and area of plate-wall contact have negligible effects on the accuracy of data interpretation. End effects were minimized by lengthening the jack and carrying out strain measurements at the central region only where stresses and strains are homogeneous and plane strain conditions exist. The new method has the same desirable mechanical and operational features as the well-known Goodman-Jack method. Most important, however, its theoretical basis is exact with no estimated coefficients required in the reduction of observed data. While the method requires an ideal elastic material, it has a number of other applications for in-situ measurements besides modulus determination. The modified method could be utilized for determining linearity, anisotropy, inhomogeneity, tensile strength and, with an additional operation, the in-situ stress field.

Zusammenfassung Modifizierte Methode zur Bestimmung der elastischen Kenngröβen von Fels mittels einer Bohrlochaufweitungssonde Es wird eine Methode zur Bestimmung der elastischen Kenngrößen von Fels aus In-situ-Versuchen mittels Reibungs-Dehn-meßstreifen und einer verlängerten Bohrlochaufweitungssonde beschrieben. Tangential orientierte Reibungsmeßstreifen werden an gegenüberliegenden Quadranten des Bohrloches angebracht, während die beiden anderen Quadranten mit der Bohrlochaufweitungssonde belastet werden, um Belastung und Verformung gleichzeitig zu messen. Gleichungen wurden entwickelt um daraus den Modul der Steinmasse zu bestimmen. Es wird gezeigt, daß eine ungleichmäßige Verteilung des Druckes und die Platten-Wand-Kontaktfläche einen unbedeuteten Einfluß auf die Exaktheit der Ergebnisse haben. Randeinflüsse wurden verringert, indem Messungen nur in der Mitte der Sonde ausgeführt wurden. Diese neue Methode hat dieselben Vorteile wie die bekannte Goodman-Jack Methode. Am wichtigsten ist aber, daß ihre theoretische Basis exakt ist. Obwohl die Methode nur in einem ideal elastischen Material anwendbar ist, kann sie außer für Modul-Bestimmung auch für andere In-situ-Messungen gebraucht werden, wie z. B. Linearität, Anisotropie, Inhomogenität, Zugfestigkeit und den primären Spannungszustand.

Résumé Méthode modifiée pour déterminer les repères élastiques de rochers par une sonde d'élargissement de trous de sonde Cet article décrit une méthode de mesure des propriétés élastiquesin-situ des masses rocheuses, à l'aide d'indicateurs de déformation à friction, et d'un vérin alongé pour trou de sondage. La méthode consiste à imprimer des indicateurs de déformation à friction sur les quadrants opposés de la paroie d'un trou de sondage, et à charger les deux autre quadrants avec deux forces de même direction qui s'équilibrent, utilisant le vérin pour trou de sondage. Les déformations tangentielles normales créées sur la paroie du trou de sondage sont ainsi mesurées avec la charge correspondante. Afin de pouvoir déterminer le module d'élasticité de la masse rocheuse on a développé les équations qui relient les déformations normales tangentielles mesurées aux pressions appliquées. On a analysé en detail plusieurs facteurs qui pourraient influencer l'interprétation des données. On a montré que des variations dans la distribution de la pression, et dans la surface de contact entre le piston et la paroie, ont un effet négligeable sur la précision de l'interprétation des données. Les effets d'extrémités ont été réduits au minimum en alongeant le piston, et en ne mesurant les déformations que dans la région centrale, où les contraintes et déformations sont homogènes et des conditions de deformation plane existent. La nouvelle méthode a les mêmes caractéristiques mécaniques et opérationnelles désirables que la méthode bien connue “Goodman-Jack”. Encore plus important est le fait que sa base théorique est exacte, et il n'est pas nécessaire d'utiliser des coefficients estimés pour réduire les résultats observés. Bien que la méthode exige un milieu élastique idéal, elle peut être utilisée pour des mesuresin-situ autres que les mesures du module d'élasticité. La méthode modifiée pourrait être utilisée pour déterminer la linéarité, l'anisotropie, le manque d'homogénéité, la résistance à la traction et, avec une opération supplémentaire, le champ des forcesin-situ.