The stability of rock masses is influenced by the occurrence of rock joints. Therefore, the shear strength of rock joints must be considered in dimensioning of underground constructions. One way to predict the shear strength is through usage of failure criteria, which are validated from results of direct shear tests under controlled laboratory conditions. Consequently, the quality of the results from the tests are crucial to the accuracy with which the criteria will be able to predict the shear strength. Since rock joints are unique by nature usage of replicas (man-made copies of rock joints) is of importance in parameter studies. The overall objective of this work is to facilitate the development of improved criteria for predictions of the shear strength of rock joints. To support this objective, two sources of uncertainty have been investigated, namely the geometry of replicas and the influence of the normal stiffness of test systems. Two quality assurance parameters for evaluation of geometrical differences between replicas and rock joints based on scanning data have been derived. The first parameter describes the morphological deviations. The second parameter describes the deviations in orientation with respect to the shear plane. The effective normal stiffness approach, which compensates for the influence of the normal stiffness of the test system indirect shear testing, has been developed, validated, and applied. With help of the quality assurance parameters it is demonstrated that it is possible to reproduce replicas within narrow tolerances. Application of the effective normal stiffness approach basically eliminates the normal load error. In all, the results support generation of improved quality of test data and consequently, the development of shear strength criteria with improved accuracy will also be facilitated. / Bergmassors stabilitet påverkas av bergssprickor. Bergssprickors skjuvhållfasthet behöver därför beaktas vid fastställandet av vilka laster berganläggningar skall dimensioneras mot. Skjuvhållfastheten predikteras bland annat med hjälp av brottkriterier, vilka valideras med hjälp av resultaten från skjuvtester i kontrollerad laboratoriemiljö. Kvaliteten på resultaten från testerna är därför av avgörande betydelse för med vilken noggrannhet kriterierna kommer att kunna prediktera skjuvhållfastheten. Det övergripande målet med detta arbete är att underlätta utvecklingen av förbättrade kriterier för prediktioner av bergssprickors skjuvhållfasthet. Som ett bidrag till att uppnå detta mål har två osäkerhetsfaktorer undersökts, nämligen geometrin av replikor (kopior) av bergssprickor och inverkan av testsystems normalstyvhet. Två kvalitetssäkringsparametrar för utvärdering av de geometriska skillnaderna mellan replikor och bergprov baserade på skanningdata har tagits fram. Den första parametern beskriver de morfologiska avvikelserna. Den andra parametern beskriver avvikelserna i orientering med avseende på skjuvplanet. Ett tillvägagångssätt med en effektiv systemnormalstyvhet, vilken kompenserar för inverkan av testsystemets normalstyvhet, har utvecklats, validerats och tillämpats. Med hjälp av kvalitetssäkringsparametrarna påvisas att det ar möjligt att reproducera replikor inom snäva toleranser. Genom tillämpning av tillvägagångssättet med en effektiv normalstyvhet kan felet i normallast i princip elimineras. Sammantaget stödjer resultaten framtagning av testdata med förbättrad kvalitet och därigenom underlättas även utvecklingen av skjuvhållfasthetskriterier med förbättrad noggrannhet. / <p>QC 210518</p>

In Sweden, the rock mass is commonly used for construction of tunnels and caverns. The rockmass is also used as a foundation for large structures such as bridge abutments and dams. Forthese structures, the understanding of the rock mechanical properties play a key role for reachingan acceptable safety level and minimizing cost. One of the properties that has a high uncertaintyis the shear strength of rock joints. These rock joints constitute the weakest link in the rock massand often govern it´s strength. The uncertainty lies in the amount of factors that affect the shearstrength such as the degree of weathering, the matedness, the roughness of the surface and thescale. Various authors have tried to develop a failure criterion that can predict the peak shearstrength of rock joints and takes into account the influence of the various factors.The aim of this thesis is to evaluate the ability of the newly developed Casagrande et al.criterion to determine the peak shear strength for perfectly mated and natural rock joints withdifferent degrees of matedness. All samples analyzed in this thesis have been scanned andcustomized to run in the programmed version of the Casagrande et al. criterion. This iterativeprocess will stop as the application reach the apparent dip angle where the total shearing force issmaller than the total sliding force. This angle combined with the basic friction angle gives thepeak friction angle for calculations of the peak shear strength.The result show that the Casagrande et al. criterion can predict the peak shear strength forperfectly mated joint. However, for the natural rock joint, as the degree of matedness decreases,the accuracy of the prediction of the peak shear strength decreases. The conclusion of this studyis that the Casagrande’s criterion cannot determine the peak shear strength of natural rock jointsand that further development of the Casagrande et al. criterion is needed taking this parameterinto account. / Sverige är berg ett vanligt material för byggande av tunnlar och bergrum. För dessakonstruktioner spelar bergegenskaperna en nyckelroll för att nå en acceptabel säkerhetsnivåoch minimera kostnaden. En av de egenskaper som har stor osäkerhet är skjuvhållfastheten förbergsprickor. Osäkerheten ligger i de många faktorer som påverkar skjuvhållfastheten, såsomgraden av vittring, passning, ytans råhet och skala. Olika författare har försökt att anpassa ettbrottkriterium för bergsprickor som tar hänsyn till faktorernas inflytande och som kan användastill att uppskatta den maximala skjuvhållfastheten.Syftet med detta examensarbete är att utvärdera förmågan hos det nyligen utveckladebrottkriteriet av Casagrande et al. att bestämma den maximala skjuvhållfastheten för perfektpassade sprickor och naturliga sprickor med olika grad av passning. Alla prover i detta arbetehar skannats in och anpassats för att köras i den programmerade algoritmen som beräknar denmaximala skjuvhållfastheten enligt kriteriet av Casagrande et al.. Kriteriet använder sig av eniterativ process som pågår tills algoritmen når den vinkel där den totala skjuvkraften är mindreän den totala glidkraften. Denna vinkel kombinerad med sprickans basfriktionsvinkeln ger denmaximala friktionsvinkeln för beräkning av skjuvhållfastheten.Resultaten visar att Casagrande et al. kan förutspå den maximala skjuvhållfastheten förperfekt passade sprickor. När passningsgraden minskar för naturliga bergsprickor minskar kriterietsförmåga att prediktera den maximala skjuvhållfastheten. Slutsatsen från detta arbete äratt kriteriet av Casagrande et al. kan prediktera skjuvhållfastheten för perfekt passade sprickormen saknar förmågan att beakta inverkan från passning, vilket leder till att skjuvhållfasthetenöverskattas om kriteriet användas på naturliga sprickor som inte är perfekt passade. Fortsattforskning krävs för att vidareutveckla kriteriet så att graden av passning kan beaktas.