Friction of Rocks and Stability of Rock Slopes

Abstract

Synopsis The similarities and differences between soil and rock mechanics are discussed with particular reference to the stability of slopes. The effects of constraints and of the stiffness of the system applying stress are of greater importance in rock mechanics. The criteria for failure of rocks are mostly empirical and lead to linear or power laws. Similar laws might be expected to hold for friction. While the Coulomb law is in general adequate for soils, it appears that the frictional behaviour of rocks is described better by a non-linear law and if a Coulomb law is used factors of safety are sensitive to the value adopted for the cohesion. The various methods for measuring friction are described and their limitations discussed. The process of wear and the area of contact between sliding surfaces are considered. It appears that in some cases residual values of friction are attained after small amounts of sliding. Gouge is built up during sliding and its behaviour appears to be time-dependent. At present, numerical values for friction and other parameters of jointed systems are uncertain and so simple formulae are still useful. A number of formulae for factors of safety for sliding on one or two plane surfaces are given. For the case of rock with closely spaced joints the use of soil mechanics theory for circular and other surfaces of sliding is reasonable. In this case, values of friction obtained from single joint surfaces or crushed rock are conservative since the interlocking of rock elements may cause a substantial increase in strength. Les similitudes et les différences entre la mécanique des sols et la mécanique des roches sont tuditudiées, avec réference particulière à la stabilité des pentes. Les effets des contraintes et de la rigidité du systéme appliquant les contraintes ont plus d'importance dans la mécanique des roches. Les critères pour la rupture des roches sont pour la plupart empiriques, et suggeèent des lois lintudiaires ou de puissance. On peut supposer des lois similaires pour le frottement. Alors que la loi de Coulomb est gènèralement correcte en ce qui concerne les sols, il semble que le frottement des roches serait plus correctement dtudi;fini par une loi non linéaire, et si l'on applique une loi de Coulomb les facteurs de sécurité sont affectés par la valeur adoptée pour la coh´esion. Les différentes methodes de mesure du frottement sont décrites, et leur champ d'application est étudié. On tient compte également du processus d'usure et de la superficie de contact entre les surfaces en glissement. 11 semble que dans certains cas on obtienne des valeurs résiduelles de frottement aprés des glissements de faible importance. Des cavités se produisent pendant le glissement et leur comportement semble dépendre d'un facteur temps. Actuellement, les valeurs numériques de glissement et les autres paramétres des systémes joints ne sont pas certains, et une formule aussi simple rend encore de grands services. On donne un certain nombre de formules pour les facteurs de sécurité du glissement pour une ou deux surfaces planes. Pour les roches avec des joints rapprochés on peut utiliser la théorie de mécanique des sols pour les surfaces de glissement circulaires et autres. Dans ce cas, les valeurs de frottement obtenues pour les surfaces à joint unique ou les roches écrasées sont plutôt en deçà de la vérité puisque l'enchevêtrement des roches peut résulter en unimportant accroissement de la solidité.