Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Load Capacity of Grouted Rock Bolts Due to Degradation: 2017:374
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Concrete Structures.ORCID iD: 0000-0003-3586-8988
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Soil and Rock Mechanics.ORCID iD: 0000-0002-8152-6092
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Concrete Structures.ORCID iD: 0000-0003-2594-4107
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Soil and Rock Mechanics.
2017 (English)Report (Other academic)
Abstract [en]

In this report, the influence of degradation on the strength of rock bolts has been studied. A literature study has been performed in order to determine the degradation rate and to present observations and conclusions from available assessments of rock bolts. All cases found in the literature have shown that the rock bolts on concrete dams are in good condition with only minor superficial corrosion even after 50 years of service. In the project, a methodology to account for the degradation mechanism in evaluations of dam safety is presented, where all possible failure modes of rock bolts are considered. The contribution of the rock bolts to the dam stability is based on the failure mode with the lowest strength. The degradation has been taken into account based on a German DIN standard based on the chemical content of the water. Most available field tests have only measured the load capacity of bolts, where the deformation is typically not recorded. The relationship between forces and deformations is however important input to verify numerical and analytical analyses. Therefore, field tests have been performed on rock bolts that been in service for 50 years. A previously developed test rig had been modified in this project to register both load and deflection of the pull-out test. The test rig consists of a hydraulic jack that presses a cylinder towards the rock surrounding the bolt. Due to this configuration of the test equipment, a rock cone failure cannot be captured. The results showed that the test rig may influence the obtained load capacity if the failure occurs in the grout. A case study is presented where analytical, probabilistic and finite element analyses were performed to assess the dam safety. Based on the numerical analyses, it was possible to study the development of forces in the rock bolts due to successively increasing loads. The numerical analyses showed (as expected) that the rock bolts are subjected to both shear and tensile forces at the same time. In addition, the shear force was constantly higher than the tensile forces and that the shear forces were about 10% of the total shear resistance for normal loads. This implies that it is important to use a failure criterion for the rock bolts that considers combinations of tensile and shear forces. Besides this, the probabilistic analyses showed that pure overturning failure is extremely unlikely and cannot be considered as a relevant failure mode. The numerical analyses showed that the deformation start as for overturning failure resulting in that parts of the contact surface (on the upstream side) lose its contact. Thereby, the shear forces have to be transmitted over a reduced area which initiates the sliding failure. This implies that it is more suitable to define a criterion that limits the tensile forces in the upstream toe from serviceability loads, rather than having an overturning failure criterion.

Abstract [sv]

I föreliggande rapport har bärförmågan hos slaka bergsförankringar (bergbultar) studerats med hänsyn till inverkan av nedbrytning. Detta projekt har som första steg genomförts som en litteraturstudie för att bestämma lämplig spridning på korrosionshastigheten, men även för att hitta information från genomförda inspektioner och statusbedömningar. Samtliga fall som har hittats i litteraturen visar att bergbultar för förankring av betongdammar varit i mycket god kondition med endast begränsad ytlig korrosion, trots att bultarna kan ha varit i drift i mer än 50 år. I projektet har en metodik utvecklats där nedbrytningen av bergbultar kan inkluderas vid stabilitetsberäkningar av betongdammar. I denna metod inkluderas samtliga potentiella brottmoder, där den med lägst bärförmåga blir styrande. Eventuell reduktion av bärförmågan sker genom att nedbrytningen skattas baserat på vattnets kemiska innehåll i enlighet med en tysk DIN norm. De flesta fältprovningar av bergbultar redovisar endast lastkapaciteten d.v.s. själva deformationsförloppet vid provdragning saknas. Detta är dock mycket viktig input till att kunna verifiera numeriska och analytiska beräkningar. Inom projektet har därför även egna fältprovningar genomförts av bergbultar som varit i drift i ca 50 år. En vidareutveckling av den testrigg som använts vid tidigare försök genomfördes för att kunna registrera både belastning och deformation. Testriggen består av en hydrauliskkolv som trycker en cylinder mot berget som omsluter bergbulten. På grund av testriggens utformning går det ej att fånga ett eventuellt konbrott i berget. Resultaten visade dock att denna metod kan överskatta bärförmågan i de fall då brottet sker i bruket, p.g.a. inspänningseffekter från testutrustningen. En fallstudie presenteras i rapporten avseende stabilitetsberäkningar med den analytiska metodiken, finita elementanalyser samt probabilistiska analyser. De numeriska analyserna visade, som väntat, att bultarna belastas av kombinationer av drag- och skjuvkrafter. Resultaten visade även att skjuvkrafterna konstant var högre än normalkrafterna i bulten, och att dessa motsvarande ca 10 % av totala skjuvmotståndet mot glidning vid normala lastnivåer. Detta illustrerar vikten av att inkludera ett brottvillkor där kombinationer av drag och skjuvkrafter kan beaktas. De probabilistiska analyserna visade att sannolikheten för stjälpning är extremt låg, därmed bör denna knappast anses vara en rimlig brottmod. Från de numeriska analyserna framgick att deformationen ofta startar enligt en stjälpningsbrottmod där uppströmstån förlorar kontakten, detta leder dock till att skjuvkraften måste bäras av en mindre yta vilket initierar ett glidbrott. Detta indikerar att det vore mer lämpligt att definiera en brottmod som avser begränsning av dragspänningar i uppströmstån för bruks¬gräns¬tillstånd, istället för en stjälpningsbrottmod.

Place, publisher, year, edition, pages
Energiforsk AB , 2017. , 71 p.
National Category
Infrastructure Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-221063ISBN: 978-91-7673-374-5 (electronic)OAI: oai:DiVA.org:kth-221063DiVA: diva2:1173094
Note

QC 20180115

Available from: 2018-01-11 Created: 2018-01-11 Last updated: 2018-01-15Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Load Capacity of Grouted Rock Bolts Due to Degradation

Authority records BETA

Malm, RichardJohansson, FredrikHellgren, Rikard

Search in DiVA

By author/editor
Malm, RichardJohansson, FredrikHellgren, RikardRíos Bayona, Francisco
By organisation
Concrete StructuresSoil and Rock Mechanics
Infrastructure Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf