Block theory and its application

Abstract

Block theory is a geometrically based set of analyses that determine where potentially dangerous blocks can exist in a geological material intersected by variously oriented discontinuities in three dimensions. It applies ideally to hard, blocky rock in which blocks of various sizes may be potential sources of load and hazard in an excavation or foundation. Block theory also can apply to rocks that are highly porous, weathered and fissured, and it may have applicability to some soils. The lecture discusses problems faced in attempting to characterize blocky rock and reviews some methods for gaining adequate data about joint systems. The underlying assumptions of block theory are examined in relation to recent developments and refinements. The main ideas of block theory are reviewed, as are their application to finding and describing key-blocks of tunnels, slopes and foundations. Both translational and rotational analysis are covered, the latter being a recent enlargement of block theory. Examples of practical problems that can be solved using block theory are identifying and analysing problems of safety posed by actual blocks in foundations of existing dams, finding design blocks for laying out and selecting supports for tunnels in complexly jointed rock masses, finding the minimum safe thickness of a pillar between parallel excavations, estimating real keyblock regions for tunnels of different size in joint systems that are not infinitely long, and finding the optimal directions for tunnelling or shafting through a rock mass. Some illustrative cases are introduced. La théorie des blocs est un ensemble d'analyses géométriques permettant de localiser les blocs potentiellement dangereux dans un matériau géologigue recoupé dans les trois dimensions par les discontinuités d'orientations variables. Elle s'applique idéalement aux roches dures pour lesquelles des blocs de tailles diverses peuvent être sources potentielles de charge et de risque lors d'une excavation ou d'une fondation. La théorie des blocs est également applicable aux roches fortement poreuses, altérées et fissurées, ainsi qu'à certains sols. La conférence s'intéresse aux problémes recontrés lors des tentatives de caractérisation des roches à blocs et passe en revue quelques méthodes permettant d'obtenir des données adaptées aux systémes de joints. Les hypothéses fondamentales de la théorie des blocs sont étudiées au travers des développements et perfectionnements récents. Les idées de base de cette théorie, et leurs applications à la dé convene et à la description des blocs-clés des tunnels, talus et fondations, sont examinées. On évoquera les analyses translationnelles et les analyses rotationnelles, ces dernières correspondant à un élargissement récent de la théorie des blocs. Les problàmes pratiques pouvant être résolus à ('aide de la théorie des blocs sont typiquement: identifier et analyser les problèmes de sùreté dusdes blocs récents sur les fondations de barrages préexistants; trouver un design de blocs permettant de sélectionner et de poser le soutènement dans des tunnels creusés dans des masses rocheuses à joints complexes; calculer l'épaisseur de sécurité mini-male pour un pieu situé entre deux excavations parall`les; estimer, dans un tunnel, les régions réelles de blocsclés pour des systémes de joints de différentes tailles mais de longueur finie; et trouver les directions optimales de creusement dans une masse rocheuse. Quelques cas types sont présentés.