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Fundamental understanding of high strain rate deformation behavior of materials is critical in designing new alloys for wide-ranging applications including military, automobile, spacecraft, and industrial applications. High entropy alloys, consisting of multiple elements in (near) equimolar proportions, represent a new paradigm in structural alloy design providing ample opportunity for achieving excellent performance in high strain rate applications by proper selection of constituent elements and/or thermomechanical processing. This dissertation is focused on fundamental understanding of high strain-rate deformation behavior of several high entropy alloy systems with widely varying microstructures. Ballistic impact testing of face centered cubic Al0.1CoCrFeNi high entropy alloy showed failure by ductile hole growth. The deformed microstructure showed extensive micro-banding and micro-twinning at low velocities while adiabatic shear bands and dynamic recrystallization were seen at higher velocities. The Al0.7CoCrFeNi and AlCoCrFeNi2.1 eutectic high entropy alloys, with BCC and FCC phases in lamellar morphology, showed failure by discing. A network of cracks coupled with small and inhomogeneous plastic deformation led to the brittle mode of failure in these eutectic alloys. Phase-specific mechanical behavior using small-scale techniques revealed higher strength and strain rate sensitivity for the B2 phase compared to the L12 phase. The interphase boundary demonstrated good stability without any cracks at high compressive strain rates. The Al0.3CoCrFeNi high entropy alloy with bimodal microstructure demonstrated an excellent combination of strength and ductility. Ballistic impact testing of Al0.3CoCrFeNi alloy showed failure by ductile hole growth and demonstrated superior performance compared to all the other high entropy alloy systems studied. The failure mechanism was dominated by micro-banding, micro-twining, and adiabatic shear localization. Comparison of all the high entropy alloy systems with currently used state-of-the-art rolled homogenous armor (RHA) steel showed a strong dependence of failure modes on microstructural features.

La thèse cherche à caractériser les types de fluides à différents niveaux structuraux et types de déformation. Les résultats de la Sierra Bédar indiquent le rôle d'une saumure enrichie en métaux lors des derniers stades de circulation au sein de la croûte ductile dans un domaine encore isolé des fluides de surface. Cette saumure est plus diluée à l'est dans la Sierra Almagrera et où l'impact du système décrochant va devenir de plus en plus important avec du volcanisme et de nombreux gisements. Dans le domaine fragile, des veines de quartz enregistrent des fluides de surface. Suivent des veines de quartz indiquant la réapparition des fluides métamorphiques sous-jacent. La formation de veines de sidérite-pyrite-galène-barytine montre de plus forte salinité et des rapports Cl/Br indiquant la contribution d'une autre source de saumures secondaires issues cette fois des évaporites messiniennes. Le décrochement a modifié le compartimentage de part et d'autre de la transition fragile-ductile / This thesis aim at characterizing the types of fluids concerned structural levels and style of deformation. Results from Sierra Bedar point out the role played by metal-rich brines during late stages of fluid flows within the ductile crust within a domain was still isolated from surficial fluids. Brine concentration drop in the eastern Sierra Almagrera which was progressively more impacted by the major transcurrent system with volcanism and metal ore deposits. At reaching the brittle domain, quartz veins trapped surficial fluids. Soon after, quartz veins indicating the return of metamorphic fluids. Following siderite-pyrite-galena-barite veins display higher salinities and Cl/Br ratios indicate the contribution of another secondary brine coming from early Messinian evaporites. This major transcurrent tectonics clearly modified the partitioning on both sides of the brittle-ductile transition

Ce travail de thèse a pour objectif de comprendre la fragilité des composites à matrice polymère (PVC) contenant des particules de bois. Dans un premier temps, il s’agit d’examiner le rôle de chacun des constituants : matrice et charge, sur les propriétés mécaniques du composite. Cette étude a montré que l’influence des paramètres relatifs à la microstructure de la matrice PVC est minoritaire face à celle des paramètres de la farine de bois. Pour mettre en évidence le rôle des particules de bois, une méthode d’analyse de leur dispersion et leur orientation par une technique 3D non destructive, a été employée : la tomographie aux rayons X. Un traitement spécifique des données a permis de quantifier la taille, l’orientation et la connectivité des particules. Ainsi, on a montré que l’existence d’agglomérats et/ou d’un réseau percolant fragilise fortement le composite ce qui explique la chute de la résistance au choc lorsque le taux de farine de bois augmente. Pour optimiser le compromis fragilité/ductilité, différentes solutions ont été envisagées. Dans un deuxième temps, nos travaux s'intéressent à l'évolution de l'endommagement de matériaux composites possédant différents taux de farine de bois. Cette évolution est mesurée à l'aide de deux techniques : l'émission acoustique et la tomographie aux rayons X in-situ. La décohésion à l’interface entre la matrice PVC et les particules de bois est le mécanisme initiant l’endommagement. La transition ductile/fragile des composites s’explique par la coalescence de ces cavités. L’ajout de modifiant choc ne réduit pas suffisamment ce mécanisme. Les agents de couplage sont donc la voie à explorer afin d’améliorer l’interface matrice/particules et remédier au défaut d’adhésion qui pénalise ces composites. / The aim of the present study is to understand the origin of the brittleness of PVC/wood flour composites (WPC). The influence of the matrix and of the filler is investigated: fiber parameters are key factors that significantly affect the mechanical properties of WPC. Fiber dispersion, orientation and particles connectivity can be accurately assessed by using the non-destructive X-ray tomography technique. The qualitative and quantitative analysis of tomography experimental results allows a 3D visualisation of the composite. The brittleness of the composites is caused by agglomerates and/or the presence of a percolated network: it explains why impact resistance decreases when the wood flour content increase. To optimise the rigidity/ductility compromise, several solutions are considered. The other part of this work consists of combining acoustic emission and X-ray tomography to study the evolution of damaging in composite materials with different wood flour content. An original coupling of these two techniques is implemented. The main failure mechanism involved in such composites is the decohesion between the matrix and the wood particles. The ductile/brittle transition occurs when the cavities coalescence becomes the dominant process over the PVC matrix failure. Adding impact modifiers is not sufficient to improve the ductility of the composite. Coupling agents are the route to be explored so as to improve the interfacial adhesion between the matrix and the particles.

De nos jours, la politique écologique encourage les constructeurs automobiles à réduire le poids global du véhicule. Des tôles d'acier fines d'épaisseur différente optimisant chaque partie de l'assemblage sont utilisées et les sidérurgistes développent des aciers de plus en plus résistants à savoir l'Acier Haute Résistance Avancé (AHSS) avec un bon compromis entre résistance mécanique et ductilité (emboutissage). Lors des essais mécaniques de soudage hétérogène AHSS, des modes de fractures inhabituels sont observés, notamment le long de l'interface entre la zone affectée par la chaleur (ZAT) et la zone de fusion ou zone fondue (ZF). Ces fractures se produisent généralement avec une résistance inférieure à celle attendue pour ces soudures. Les objectifs de l'étude sont de comprendre les mécanismes de rupture au cours des essais mécaniques et de créer un modèle mécanique de FE conçu pour prédire la résistance mécanique des assemblages soudés. Tout d'abord, une étude de soudage hétérogène constituée de deux nuances d'acier bien connues d'ArcelorMittal vise à comprendre le mécanisme de défaillance et les paramètres affectant les modes de défaillance. Différentes configurations sont étudiées avec l'épaisseur. Le modèle FE est construit avec une réponse mécanique identifiée de chaque zone (matériaux de base, zones affectées par la chaleur et zone de fusion), en utilisant des modèles d'ArcelorMittal et des données expérimentales. Des critères de défaillance basés sur des dommages ductiles tenant compte de l'influence de la triaxialité sont utilisés et certains éléments cohésifs sont utilisés pour simuler une défaillance interfaciale. Deux configurations d'essais mécaniques dans le cas du soudage par résistance par points (essais de traction transversale et de traction) sont considérées. Les prédictions du modèle étaient très précises avec les modes de défaillance et les forces expérimentaux. Ensuite, cette méthode de modélisation FE a été appliquée avec succès à un boîtier de soudage par points très hétérogène comprenant un nouveau concept AHSS basse densité de troisième génération à forte teneur en aluminium et en manganèse. Les modes d'échec et les forces obtenues étaient comparables. De plus, la méthode de modélisation FE a été appliquée sur des configurations plus complexes, en particulier sur un assemblage soudé par points triple épaisseur. La robustesse du modèle pour prédire les modes de défaillance partielle et les forces d'une soudure par points triple épaisseur a été démontrée. En outre, la méthodologie de modélisation FE a été étendue à un autre type de soudage: le soudage à l'arc. Dans ce cas, deux feuilles sont soudées en configuration de chevauchement ab avec un fil d'apport. Le modèle FE permet de prédire la zone de rupture et la résistance de l'assemblage soudé. / Nowadays, ecological policy encourages carmakers to reduce the global vehicle weight. Fine steel sheets assemblies with different thickness optimizing each part of the assembly are used and steelmakers develop steels which are more and more resistant namely Advanced High Strength Steel (AHSS) with a good compromise between mechanical strength and ductility (stamping). During the mechanical tests of heterogeneous AHSS welding, unusual fracture modes are observed, in particular along the interface between the Heat Affected Zone (HAZ) and the Fusion Zone or molten zone (FZ). These fractures generally occur with lower strength than expected for these welding. The objectives of the study are to understand fracture mechanisms during mechanical testing and create a mechanical FE model is developed to be able to predict mechanical strength of the welded assemblies. Firstly, a study of heterogeneous welding constituted of two well-known steel grades of ArcelorMittal aims at understanding failure mechanism and parameters affecting the failure modes. Different configurations are studied with thickness. FE model is built with mechanical response identified of each zone (base materials, heat affected zones and fusion zone), using ArcelorMittal models and experimental data. Failure criteria based on ductile damage taking into account the influence of the triaxiality are used and some cohesive elements are used to simulate interfacial failure. Two configurations of mechanical testing in the case of Resistance Spot Welding (cross tension and tensile shear tests) are considered. Model predictions were very accurate with experimental failure modes and strengths. Then, this FE modelling method was successfully applied to a highly heterogeneous spot welding case including a new third generation low density AHSS concept with high aluminum and manganese content. Failure modes and strengths obtained were comparable. Moreover, FE modelling method was applied on more complex configurations, in particular on a triple thick spot welded assembly. The robustness of the model to predict partial failure modes and strengths of a triple thick spot weld has been demonstrated. In addition, FE modelling methodology was extended to another welding type: arc welding. In this case, two sheets are welded in ab overlap configuration with a filler wire. FE model allows predicting the failure zone and strength of welded assembly.

Cette étude porte sur la détermination d’un critère de rupture des gaines de combustible de Zircaloy-4 détendu hydruré contenant un blister d’hydrures, en conditions accidentelles représentatives d’un accident d’injection de réactivité. Deux plages de comportement différentes en fonction de la température ont clairement été mises en évidence grâce à l’étude bibliographique, aux différentes campagnes d’essais mécaniques et aux analyses des faciès de rupture des éprouvettes rompues : une rupture de type fragile pour la gaine à 25°C et une rupture ductile à 350°C.A 25°C, la rupture fragile a été traitée par une analyse globale en mécanique élasto-plastique de la rupture. A partir des essais mécaniques effectués à 25°C sur les gaines contenant des blisters, des simulations numériques par éléments finis ont été réalisées avec le code CAST3M. Des calculs d’intégrales-J en pointe de fissure ont alors permis d’identifier un critère de rupture en ténacité moyenne de 13,8 +/- 3,1 MPa.m1/2.A 350°C, une campagne d’essais biaxés de type pression interne couplée à la traction axiale a été réalisée sur des tronçons de Zircaloy-4 contenant des blisters, à des biaxialités des contraintes représentatives du RIA. Il a été montré que la rupture de la gaine, avec et sans blister, avait lieu de façon ductile, que la déformation diamétrale à rupture de la gaine diminuait lorsque la profondeur de blister augmentait, et que la biaxialité des contraintes n’avait pas d’effet sur la rupture des gaines contenant un blister suffisamment profond.Un modèle d’endommagement ductile couplé à la plasticité, basé sur un formalisme de type GTN, a été utilisé. Afin d’améliorer la description de l’endommagement des gaines de Zircaloy-4, une nouvelle source de germination de porosités liée au paramètre de Lode a été intégrée dans le modèle. L’évaluation de la triaxialité des contraintes et du paramètre de Lode dans les simulations numériques de la rupture ductile des gaines à 350°C a notamment permis de comprendre certaines tendances expérimentales. / This study deals with the determination of a fracture criterion for hydrided, cold worked and stress relieved Zircaloy-4 fuel cladding tubes with hydride blister, during a reactivity initiated accident. Two types of fracture profiles were identified, depending on the temperature, thanks to a bibliographical study, mechanical tests and fracture profiles analysis : brittle fracture at 25°C, and ductile fracture at 350°C.At 25°C, brittle fracture was studied by a global analysis in elasto-plastic fracture mechanic. Numerical simulations were performed by a finite element method with the CAST3M code, based on mechanical tests on fuel cladding tubes with blisters. Crack tip J-integral calculations were carried out to identify a mean fracture toughness of 13,8 +/- 3,1 MPa.m1/2.At 350°C, internal pressure combined to axial tensile tests were performed on Zircaloy-4 fuel cladding tubes with hydride blisters, at stress biaxialities corresponding to those of a RIA. It was observed a ductile fracture for tubes with and without blister. It was shown that hoop strain at failure decreases when blister thickness increases, and that stress biaxiality has no effect on cladding tubes bearing a thick blister. A ductile fracture model based on the GTN model was employed and a nucleation of voids due to shear stress was introduced, based on the Lode parameter. Stress triaxiality and Lode parameter were assessed in numerical simulations to understand some experimental observations.

Cette étude a pour objectif principal d’établir une stratégie de modélisation robuste, fiable et performante pour décrire des propagations de fissures d’échelle centimétrique en régime ductile dans des composants industriels. Le modèle d’endommagement de GTN écrit en grandes déformations est utilisé pour modéliser l’endommagement ductile. Ce modèle conduit généralement à une localisation de la déformation, conformément à l’expérience. L’échelle caractéristique de ce phénomène est introduite dans les équations de comportement via l’adoption d’une formulation non locale.Sur le plan numérique, ce modèle non local rend bien compte de la localisation dans une bande d’épaisseur donnée lorsqu’on raffine suffisamment le maillage. Par ailleurs, le problème de verrouillage numérique associé au caractère initialement isochore de la déformation plastique est limité en utilisant une formulation à base d’éléments finis mixtes. Enfin, la distorsion des éléments totalement cassés (i.e. sans rigidité apparente), qui pourrait nuire à la bonne convergence des simulations numériques, est traitée par une régularisation viscoélastique.L’ensemble de ces ingrédients sont appliqués pour simuler la propagation de fissure dans un milieu infini plasticité confinée), de sorte à établir un lien avec les approches globales en J-Δa. L’émoussement, l’amorçage et la (grande) propagation de fissure sont bien prédits. Le modèle est également appliqué à une tuyauterie métallique testée en grandeur réelle dans le cadre du projet européen Atlas+. Après une phase d’identification des paramètres sur éprouvette, les réponses globales et locales d’autres éprouvettes et du tube sont confrontés aux résultats expérimentaux. Ces résultats illustrent le degré de robustesse, de fiabilité et de performance qu’on peut attendre du modèle. / The major goal of this work is to establish a robust, reliable and efficient modeling technique so as to describe ductile tearing over a distance of several centimeters in industrial cases. The GTN damage model expressed in the context of finite strains is chosen to model ductile damage. Generally, the model leads to strain localization in agreement with experimental observations. The characteristic length scale of this phenomenon is introduced into the constitutive equations through the use of a nonlocal formulation.On a numerical ground, the nonlocal model controls the width of the localization band as soon as the mesh is sufficiently refined. Besides, the issue of volumetric-locking associated with plastic incompressibility is handled using a mixed finite element formulation. Finally, the distortion of broken elements (i.e. without any stiffness), which may affect the computational convergence of numerical simulations, is treated using a viscoelastic regularization.The improved GTN model is applied to simulate crack propagation under small-scale yielding conditions, so as to establish a relation with the global (J-Δa) approach. Crack tip blunting, crack initiation and (large) crack propagation are well captured. The model is also applied to a full-scale metallic pipe in the framework of the UE project Atlas+. After a phase of parameter calibration based on the experimental results on some small specimens, the global and local responses of other small specimens and of the full-scale pre-cracked pipe are compared with the experimental results. The results illustrates the robustness, the reliability and the efficiency of the current model.

Les simulations numériques des fissures fragiles par les modèles d’endommagement à gradient deviennent main- tenant très répandues. Les résultats théoriques et numériques montrent que dans le cadre de l’existence d’une pre-fissure la propagation suit le critère de Griffith. Alors que pour le problème à une dimension la nucléation de la fissure se fait à la contrainte critique, cette dernière propriété dimensionne le paramètre de longueur interne.Dans ce travail, on s’attarde sur le phénomène de nucléation de fissures pour les géométries communément rencontrées et qui ne présentent pas de solutions analytiques. On montre que pour une entaille en U- et V- l’initiation de la fissure varie continument entre la solution prédite par la contrainte critique et celle par la ténacité du matériau. Une série de vérifications et de validations sur diffèrent matériaux est réalisée pour les deux géométries considérées. On s’intéresse ensuite à un défaut elliptique dans un domaine infini ou très élancé pour illustrer la capacité du modèle à prendre en compte les effets d’échelles des matériaux et des structures.Dans un deuxième temps, ce modèle est étendu à la fracturation hydraulique. Une première phase de vérification du modèle est effectuée en stimulant une pré-fissure seule par l’injection d’une quantité donnée de fluide. Ensuite on étudie la simulation d’un réseau parallèle de fissures. Les résultats obtenus montrent qu’il a qu’une seule fissure qui se propage et que ce type de configuration minimise mieux l’énergie la propagation d’un réseau de fractures. Le dernier exemple se concentre sur la stabilité des fissures dans le cadre d’une expérience d’éclatement à pression imposée pour l’industrie pétrolière. Cette expérience d’éclatement de la roche est réalisée en laboratoire afin de simuler les conditions de confinement retrouvées lors des forages.La dernière partie de ce travail se concentre sur la rupture ductile en couplant le modèle à champ de phase avec les modèles de plasticité parfaite. Grâce à l’approche variationnelle du problème on décrit l’implantation numérique retenue pour le calcul parallèle. Les simulations réalisées montrent que pour une géométrie légèrement entaillée la phénoménologie des fissures ductiles comme par exemple la nucléation et la propagation sont en concordances avec ceux reportées dans la littérature. / Phase-field models, sometimes referred to as gradient damage, are widely used methods for the numerical simulation of crack propagation in brittle materials. Theoretical results and numerical evidences show that they can predict the propagation of a pre-existing crack according to Griffith’s criterion. For a one- dimensional problem, it has been shown that they can predict nucleation upon a critical stress, provided that the regularization parameter is identified with the material’s internal characteristic length.In this work, we draw on numerical simulations to study crack nucleation in commonly encountered geometries for which closed-form solutions are not available. We use U- and V-notches to show that the nucleation load varies smoothly from the one predicted by a strength criterion to the one of a toughness criterion when the strength of the stress concentration or singularity varies. We present validation and verification of numerical simulations for both types of geometries. We consider the problem of an elliptic cavity in an infinite or elongated domain to show that variational phase field models properly account for structural and material size effects.In a second movement, this model is extended to hydraulic fracturing. We present a validation of the model by simulating a single fracture in a large domain subject to a control amount of fluid. Then we study an infinite network of pressurized parallel cracks. Results show that the stimulation of a single fracture is the best energy minimizer compared to multi-fracking case. The last example focuses on fracturing stability regimes using linear elastic fracture mechanics for pressure driven fractures in an experimental geometry used in petroleum industry which replicates a situation encountered downhole with a borehole called burst experiment.The last part of this work focuses on ductile fracture by coupling phase-field models with perfect plasticity. Based on the variational structure of the problem we give a numerical implementation of the coupled model for parallel computing. Simulation results of a mild notch specimens are in agreement with the phenomenology of ductile fracture such that nucleation and propagation commonly reported in the literature.

Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Διατριβή αναλύονται τα παραμορφωτικά και συστασιακά (πετρογραφικά - ορυκτοχημικά) χαρακτηριστικά μυλωνιτιωμένων λιθολογιών από την πλαστική ζώνη διάτμησης του Φελλού (Βορειοδυτική Άνδρος). Η ζώνη διάτμησης του Φελλού είναι μια μεσοσκοπικής κλίμακας δομή, ΒΒΑ διεύθυνσης, με δομικό πάχος της τάξεως των 200 μέτρων. Το κεντρικό τμήμα της ζώνης διάτμησης φιλοξενείται σε μετα-πηλιτικές λιθολογίες και οριοθετείται από έντονα παραμορφωμένα μετα-υπερβασικά και μετα-βασικά λιθολογικά σώματα. Οι μυλωνιτιωμένες λιθολογίες της ζώνης διάτμησης χαρακτηρίζονται σαν S έως S – L τεκτονίτες. Η τεκτονική χαρτογράφηση στην περιοχή μελέτης αποκάλυψε ότι η μυλωνιτική ζώνη αναπτύχθηκε υπο-παράλληλα με το αξονικό επίπεδο ενός ήπια κεκλιμένου συγκλινοειδούς το οποίο έχει υποστεί καθολικό μετασχηματισμό. Οι ρεολογικές αντιθέσεις μεταξύ του πυρήνα της ζώνης διάτμησης και των περιθωρίων της σε συνδυασμό το τεκτονικό περιβάλλον ενός μετασχηματισμένου συγκλινοειδούς έχουν συμβάλλει στον εντοπισμό της παραμόρφωσης στην θέση ανάπτυξης της ζώνης διάτμησης. Σε χαρτογραφική κλίμακα ο προσανατολισμός των γραμμώσεων έκτασης μεταβάλλεται από ΝΝΔ , παράλληλα στη διεύθυνση της ζώνης διάτμησης, σε ΔΒΔ διεύθυνση βύθισης. Η μεταβολή στον προσανατολισμό των γραμμώσεων έκτασης δείχνει ότι η διεύθυνση κίνησης εντός της ζώνης διάτμησης διαμερίζεται χωρικά σε συνιστώσες κίνησης παράλληλα και κάθετα στην παράταξη της μυλωνιτικής φολίωσης. Ο κινηματικός διαμερισμός στην πλαστική ζώνη διάτμησης του Φελλού είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα ζωνών διάτμησης πλάγιας συστολής. Ο κινηματικός διαμερισμός που αναγνωρίστηκε, ερευνήθηκε περαιτέρω με την εξέταση της χωρικής κατανομής των κρυσταλλογραφικών αξόνων [c] του χαλαζία, από δείγματα χαλαζιακών φλεβών και χαλαζιακών μυλωνιτών, προσανατολισμένα παράλληλα στη μυλωνιτική φολίωση και κάθετα στη γράμμωση έκτασης (ΧΖ επίπεδο ελλειψοειδούς παραμόρφωσης). Τα ιστολογικά διαγράμματα [c] αξόνων χαλαζία παρουσιάζουν μεταβολές στην τοπολογία τους σε διαφορετικά δομικά επίπεδα της ζώνης διάτμησης και διακριτές διαφορές με τα πρότυπα κρυσταλλογραφικά διαγράμματα [c] αξόνων μονοκλινικής συμμετρίας. Διακριτό χαρακτηριστικό , ειδικά για τα ανώτερα δομικά επίπεδα της ζώνης διάτμησης, είναι η εστίαση των [c] αξόνων σε σημειακά μέγιστα που προβάλλονται σε περιφερειακές θέσεις των κρυσταλλογραφικών διαγραμμάτων. Η βάση , δομικά, της ζώνης διάτμησης βρίσκεται στην ρεολογική διεπιφάνεια μετα-πηλιτών – μετα-βασιτών. Στην επαφή αυτή, ιστολογικά διαγράμματα από γειτονικά δείγματα χαλαζιακών φλεβών παρουσιάζουν συστηματικά διαγράμματα τύπου μικρών κύκλων. Η συστηματικότητα αυτή υποδηλώνει εντοπισμό της γεωμετρίας της παραμόρφωσης στην λιθολογική επαφή των μετα-πηλιτών - μετα-βασίτων. Η ποσοτική ανάλυση της παραμόρφωσης έδειξε ότι η παράμετρος Rxz μεταβάλλεται από 2.1 έως 6.45 ενώ η παράμετρος Flinn κυμαίνεται από 0.01 έως 0.93, υποστηρίζοντας και ποσοτικά ότι η γεωμετρία της παραμόρφωσης ανήκει στο πεδίο της πλάτυνσης. Η γεωμετρία της παραμόρφωσης στο πεδίο της πλάτυνσης είναι ένα επιπλέον διαγνωστικό χαρακτηριστικό των ζωνών διάτμησης πλάγιας συστολής. Η πετρογραφικη εξέταση μυλωνιτιωμένων λιθολογιών εστίασε στην αναγνώριση ζωνωμένων ορυκτών φάσεων με σκοπό την στοιχειοθέτηση των ορυκτοχημικών χαρακτηριστικών τους. Η πετρογραφική εξέταση δειγμάτων από μια επιφανειακή εμφάνιση μεταβασιτών από την βάση της μυλωνιτικής ζώνης συνέβαλλε στην αναγνώριση, σε κλίμακα λεπτής τομής, δύο λιθολογικών τύπων οι οποίοι είναι (α) Γρανατούχος – γλαυκοφανιτικός σχιστόλιθος και (β) Επιδοτιτικός - γλαυκοφανιτικός σχιστόλιθος. Η ορυκτοχημεία ζωνωμένων γρανατών και αμφιβόλων από τους δύο λιθολογικούς τύπους εξετάστηκε μέσω SEM/EDS.Η ορυκτοχημική ανάλυση οδήγησε στην αναγνώριση τριών τύπων ζώνωσης στις αμφιβόλους με τα εξής χαρακτηριστικά (α) Σκούροι πράσινοι πυρήνες σιδηρο-Κεροστίλβης με κροσσιτικά περιθώρια (β) Παλίνδρομη ζώνωση μεταξύ μπλε (σιδηρο-Γλαυκοφανής) και πράσινων αμφιβόλων (σιδηρο-Βαρροϊσίτης) και (γ) Απομονωμένοι κρύσταλλοι με κροσσιτικούς πυρήνες και ριβεκιτικά περιθώρια. Τα περιθώρια των ζωνωμένων γρανατών που εξετάστηκαν βρίσκονται σε ιστολογική ισορροπία με μπλέ αμφιβόλους, το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με τα ορυκτοχημικά πειστήρια της κλασμάτωσης του μαγγανιου στους πυρήνες αποδεικνύει ότι η βλάστηση των γρανατών συνέβη σε αυξανόμενες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας κατά την διάρκεια του υψηλής πίεσης μεταμορφικού γεγονότος. / The subject of the present contribution is the analysis of deformation in the Fellos ductile shear zone, which crops out in the island of Andros. Fellos shear zone (FSZ) is an outcrop scale NNE –striking structure with a total structural thickness of, approximately, 200 m. The central main domain of the shear zone is defined by mylonitized metapelitic rocks, bounded by strongly deformed meta-basic and meta–ultrabasic rocks both on top and bottom. Mylonitic rocks in the shear zone can be classified as S to S – L tectonites. Structural mapping revealed that the Fellos shear zone resulted from the complete transposition of a gently inclined synform the axial plane of which is orientated sub – parallel to the mylonitic foliation. The rheological contrasts between the core of the shear zone and its margins in conjunction with the structural framework of a transposed synform are first order influences to the localization of deformation. The map scale pattern of the stretching lineations in the shear zone shows that the lineation swings from a NNE orientation, trending parallel to the strike of the shear zone, to an ESE orientation. This variation shows that transport orientation in the shear zone is spatially partitioned into strike parallel and strike normal movements. This kinematic partitioning in the Fellos shear zone is a characteristic feature of transpressional high strain shear zones. The recognized partitioning was further investigated by examining the pattern of quartz [c]-axes fabrics in quartz veins oriented parallel to the mylonitic foliation as well as in quartz –rich mylonites. Quartz [c] axes fabric diagrams shows variations in their topology at different structural levels of the shear zone and distinct differences with the [c] axes patterns of monoclinic strain symmetry. Distinct feature, especially at the uppermost structural levels of the shear zone, is the point maxima clustering of the [c] axes in peripheral position of the crystallographic diagrams. At the base of the shear zone, in the rheological interface of metapelites with metabasites, the fabric diagrams from neighboring quartz vein specimens shows consistently small circle girdle pattern. This observation denotes localization in the geometry of deformation (flattening) at this lithological contact. Finite strain analysis shows that Rxz varies from 2.1 to 6.45, while the Flinn parameter range between 0.01 and 0.93, supporting quantitatively the flattening geometry of strain. Flattening strain is another diagnostic criterion of transpressional shear zones. The means to constrain the compositional features of the mylonitic rocks was mineral chemistry and petrologic analysis. Petrographic examination, specifically, of a metabasite outcrop from the base of the shear zone revealed, in thin section scale, two lithologic types : (a) Garnet blueschist and (b) Epidote blueschist. The mineral chemistry of zoned garnets and amphiboles from these petrographic types has been examined using SEM/EDS. The microchemical analysis revealed three different zoning patterns in the amphiboles which are characterized by (a) dark green Ferro – hornblende cores with crossite rims (b) Amphiboles with compositional zoning and alternations of blue (Ferro – glaucophane) and green amphiboles (Ferro – barroisite) and (c) Isolated grains with crossite cores and riebeckite rims. Compositional mapping of zoned garnets witnessed fractionation of manganese to the cores, which is the Prima facie evidence of growth zoning. In addition, the almandine rims of the zoned garnets are in textural equilibrium with blue amphiboles, observation which implies that these garnets nucleated during the HP event.

As hard rock mining progresses into higher stress mining conditions through either late stage extraction or mining at depth, the rock mass is driven not just to the peak strength, but often well into the post-peak until complete ‘failure’ occurs and easier mining conditions become evident. Limited research has been accomplished in identifying the transition of the rock mass and its behaviour into the post-peak and this research investigates this behaviour in detail. As the rock mass progressively fails, fractures are initiated through intact rock and extension and shear failure of these and pre-existing features occurs. Associated with this failure are microseismic events, which can be used to give an indication of the strength state of the rock mass. Based on an analogy to laboratory testing of intact rock and measurement of acoustic emissions, the microseismicity can be used to identify, fracture initiation, coalescence of fractures (yield), localization (peak-strength), accumulation of damage (post-peak) and ultimate failure (residual strength) leading to aseismic behaviour. The case studies presented in this thesis provide an opportunity to examine and analyse rock mass failure into the post-peak, through the regional and confined failures at the Williams and the Golden Giant mines, both in the Hemlo camp in Northern Ontario, Canada. At the Williams mine, the progressive failure of a sill pillar region into the post-peak was analysed; relating the seismic event density, combined with numerical modelling and a spatial and temporal examination of the principal components analysis (PCA), to characterize the extent, trend and state of the yielding zone, which formed a macrofracture shear structure. Observations of conventional displacement instrumentation, indicates regional dilation or shear of the rock mass occurs at or prior to the point of ‘disassociation’ (breakdown of stable PCA trends) when approaching the residual strength. At the Golden Giant mine, the complete process from initiation to aseismic behaviour is monitored in a highly stressed and confined pendent pillar. The PCA technique, numerical modelling and focal mechanism studies are used to define significant stages of the failure process, in which a similar macrofracture structure was formed. Temporal observations of key source parameters show significant changes prior to and at the point of coalescence and localization.