Near-surface buckling of horizontally laminated sedimentary rock has been reported to occur in Ontario, Canada and the Upper Midwestern U.S. where high horizontal in situ stresses occur. Often referred to as ‘pop ups’, these buckling events typically occur suddenly and are commonly accompanied by a rapid energy release akin to rock bursting. In recent years, this mode of instability has become a concern for surface mining and quarry operations, in particular in cases where the buckling failure creates a connection between an underlying aquifer and the excavation. Despite previous research on the topic of buckling instability, there remains many limitations in development of a design methodology to account for buckling failure. The main objective of this research study is to experimentally investigate a simple buckling failure mode, known as three hinge buckling (THB): buckling that involves rotation of a two-rock block configuration with a central hinge. An experimental testing procedure was developed to reproduce THB at laboratory scale, including the design and fabrication of a new testing apparatus and development of a testing methodology. A preliminary THB test was conducted and the results are presented. A simplified, elastic block numerical model was developed using the distinct element method code 3DEC in order to provide insight into the laboratory experiment. Overall, this newly-developed test was able to reproduce the THB failure experimentally in the laboratory and to provide an opportunity to observe the brittle buckling failure to obtain valuable, quantifiable information about the failure process.

中文翻译：

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三铰链屈曲实验室测试

据报道，水平层状沉积岩的近地表屈曲发生在加拿大安大略省和美国中西部上部，这些地方发生高水平原位应力。通常被称为“突然出现”，这些屈曲事件通常突然发生，并且通常伴随着类似于岩石爆裂的快速能量释放。近年来，这种不稳定模式已成为露天采矿和采石场作业的一个问题，特别是在屈曲破坏导致下伏含水层与开挖之间产生联系的情况下。尽管之前对屈曲不稳定性主题进行了研究，但在开发用于解释屈曲失效的设计方法方面仍然存在许多限制。本研究的主要目的是通过实验研究一种简单的屈曲破坏模式，称为三铰链屈曲 (THB)：屈曲涉及带有中心铰链的两块岩石块结构的旋转。开发了实验测试程序以在实验室规模重现 THB，包括新测试设备的设计和制造以及测试方法的开发。进行了初步 THB 测试并提供了结果。使用独特的元素方法代码 3DEC 开发了一个简化的弹性块数值模型，以便深入了解实验室实验。总体而言，这项新开发的测试能够在实验室中通过实验重现 THB 失效，并提供机会观察脆性屈曲失效，以获得关于失效过程的有价值的、可量化的信息。屈曲涉及旋转带有中央铰链的两块岩石块配置。开发了实验测试程序以在实验室规模重现 THB，包括新测试设备的设计和制造以及测试方法的开发。进行了初步 THB 测试并提供了结果。使用独特的元素方法代码 3DEC 开发了一个简化的弹性块数值模型，以便深入了解实验室实验。总体而言，这项新开发的测试能够在实验室中通过实验重现 THB 失效，并提供机会观察脆性屈曲失效，以获得关于失效过程的有价值的、可量化的信息。屈曲涉及旋转带有中央铰链的两块岩石块配置。开发了实验测试程序以在实验室规模重现 THB，包括新测试设备的设计和制造以及测试方法的开发。进行了初步 THB 测试并提供了结果。使用独特的元素方法代码 3DEC 开发了一个简化的弹性块数值模型，以便深入了解实验室实验。总体而言，这项新开发的测试能够在实验室中通过实验重现 THB 失效，并提供机会观察脆性屈曲失效，以获得有关失效过程的有价值的、可量化的信息。开发了实验测试程序以在实验室规模重现 THB，包括新测试设备的设计和制造以及测试方法的开发。进行了初步 THB 测试并提供了结果。使用独特的元素方法代码 3DEC 开发了一个简化的弹性块数值模型，以便深入了解实验室实验。总体而言，这项新开发的测试能够在实验室中通过实验重现 THB 失效，并提供机会观察脆性屈曲失效，以获得关于失效过程的有价值的、可量化的信息。开发了实验测试程序以在实验室规模重现 THB，包括新测试设备的设计和制造以及测试方法的开发。进行了初步 THB 测试并提供了结果。使用独特的元素方法代码 3DEC 开发了一个简化的弹性块数值模型，以便深入了解实验室实验。总体而言，这项新开发的测试能够在实验室中通过实验重现 THB 失效，并提供机会观察脆性屈曲失效，以获得关于失效过程的有价值的、可量化的信息。进行了初步 THB 测试并提供了结果。使用独特的元素方法代码 3DEC 开发了一个简化的弹性块数值模型，以便深入了解实验室实验。总体而言，这项新开发的测试能够在实验室中通过实验重现 THB 失效，并提供机会观察脆性屈曲失效，以获得关于失效过程的有价值的、可量化的信息。进行了初步 THB 测试并提供了结果。使用独特的元素方法代码 3DEC 开发了一个简化的弹性块数值模型，以便深入了解实验室实验。总体而言，这项新开发的测试能够在实验室中通过实验重现 THB 失效，并提供机会观察脆性屈曲失效，以获得有关失效过程的有价值的、可量化的信息。