Mechanical, hydrologic and seismic measurements performed in the laboratory on granitic rock specimens containing a single fracture indicate that the geometry of the void structure in the fracture has a dominant effect on all three properties. The nonlinear stress-displacement behavior, rapid decrease in hydraulic conductivity with increasing stress, and frequency dependent attenuation of seismic waves observed in these laboratory tests have been modelled. These analyses have shown that the effects of stress on) hydromechanical and seismic properties of fractures can to a large extent be explained by linear elastic deformation of the asperities of contact and adjacent voids in the fracture. At a field scale, in-situ measurements were made of the mechanical, hydrologic and seismic properties of a thin fracture zone in granitic rock. Observed behavior was qualitatively consistent with that observed in the laboratory. Fracture displacement measurements were used to estimate the in-situ fracture stiffness. The seismic displacement discontinuity theory, incorporating fracture stiffness, was used to explain the seismic measurements.


Des mesures effectuees au laboratoire indiquent que la geometrie de la structure des vides d"une fracture unique d"un echentillon de roche granitique a un effet dominant sur ses proprietes mecaniques, hydrologiques et sismiques. Le componement nonlineaire du deplacement sous tension, diminution rapide de la conductibilire hydraulique par augmentation de la tension, et l"attenuation correspondante de la frequence des ondes sismiques, observes pendant les experiences de laboratoire, ont fait l"objet de modelisation. Ces analyses montrent que les erfets de la tension sur les proprietes hydromecaniques et sismiques de la fracture peuvent être expliques en grande partie par une deformation elastique lineaire des asperites proches ou situees au contact des espaces vides de la fracture. De plus, des mesures in-situ des proprietes mecaniques, hydrologiques et sismiques d"une zone de fracture etroite dans la roche granitique ont ete effectuees sur le terrain. Ces resultats sont qualitativement comparables à ceux observes en laboratoire. Les mesures du deplacement de la fracture ont ete utilisees pour estimer la rigidite in-situ de la fracture. La theorie du deplacement sismique discontinu, qui tient compte de la rigidite de la fracture, a ete utilisee pour expliquer les mesures sismiques.


Labormessungen die auf einer einzelnen Kluft in granitischem Gestein durchgefuehrt wurden, zeigen, dass die Geometrie des Kluft-Hohlraumes eine entscheidende. Rolle fuer die mechanischen, hydrologischen und seismischen Eigenschaften des Gesteins spielt. Das nichtlineare Spannungsverhalten, d.h. die schnelle Abnahme der hydraulischen Durchlaissigkeit unter zunehmender Spannung und die in den Labortests gemessene frequenzabhangige Dampfung der seismischen Wellen wurden im Modell simuliert. Die Analysen zeigen, dass die Auswirkungen von stress auf die hydromechanischen und seismischen Eigenschaften von Klueften zu einem grossen Teil auf die lineare elastische Deformation der Unebenheiten in der Kluft und der angrenzenden Hohlraume zurueckgefuehrt werden können. In-situ Messungen der mechanischen, hydrologischen und seismischen Eigenschaften einer feingekluefteten Zone in Granit wurden im Gelande durchgefuehrt. Die Ergebnisse sind qualitativ mit dem im Labor beobachteten Verhalten vergleichbar. Kluftverschiebungsmessungen wurden fuer die Berechnung der Kluftsteife angewandt. Die Diskontinuiatstheorie der seismischen Verschiebung, welche, die Kluftsteife einbezieht, wurde fuer die Erklarung der seismischen Messungen benutzt.


Improved characterization of the hydromechanical behavior of fractured rock masses is important for the successful resolution of many problems, including underground storage of waste and raw materials, as well as exploitation of fractured hydrocarbon reservoirs. An important step in achieving this improved characterization is the use of geophysical data, and, in particular seismic wave velocities and attenuation. Recent laboratory and theoretical work suggests that quantitative relationships exist between seismic and hydrologic properties because of the dependence of both of these properties on the mechanical stiffness of the fractures. In this paper results of a suite of mechanical, hydrologic and seismic tests on quartz manzanite cores are summarized in order to illustrate important characteristics of the behavior of single fractures at a laboratory scale, and to demonstrate the important relationships between the mechanical, hydrologic and seismic properties of fractures. Then results of an in-situ test performed to evaluate the hydrologic, mechanical and seismic properties of a single fracture at field scale are presented.


Pyrak-Nolte et al 1987 made fracture displacement and fluid flow measurements as a function of stress up to 85MPa on granite core specimens containing single natural fractures oriented orthogonal to the loading direction.

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