The aim of this work is to investigate the evolution of fluid flow in a rock fracture due to an increasing normal load. A numerical modelling is used to simulate the behaviour of a fracture with rough surfaces: a mechanical model based on the Boussinesq theory provides the deformation of the joint surfaces and the evolution of the aperture under normal stress; a hydraulic modelling provides the flow and velocity fields in the fracture by solving the Reynolds equation.

A series of previously obtained experimental data has been used to verify the numerical hydro-mechanical modelling. The map of fracture apertures obtained from the casting of the voids has been used as input for the numerical model. A comparison between experimental and numerical results is presented.


L'objectif de ce travail est d'etudier l'evolution de l'ecoulement dans une fracture rocheuse due à une augmentation de la charge normale. Le comportement de la fracture rugueuse est simule par modelisation numerique: un modele mecanique base sur la theorie de Boussinesq foumit la deformation des epontes de la fracture et l'evolution de l'ouverture sous l'effet d'une contrainte normale, un modele hydraulique foumit les champs de debits et de vitesses du fluide dans la fracture par resolution de l'equation de Reynolds.

Des resultats experimentaux obtenus au cours de travaux anterieurs sont utilises pour verifier la modelisation numerique du com-portement hydro-mecanique. La carte des ouvertures de la fracture obtenue par moulage des vides est utilisee comme donnee d'entree du modele numerique.Les resultats theoriques sont ensuite compares aux resultats experimentaux.


Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Entwicklung des Fluessigkeitsflusses in einer Gesteinsfraktur unter Einfluss steigender Belastung zu erfassen. Unter Anwendung einer numerischen Modellierung wird das Verhalten einer Fraktur mit rauher Oberflache simuliert: ein mechanisches Modell, welches auf der Boussinesq Theorie basiert, stellt die Deformation der benachbarten Oberflache und die Entwicklung der Öffnung unter normalem Stress dar, wahrend eine hydraulische Modellierung den Fluss und die Feld-Geschwindigkeit durch die Lösung der Reynolds Gleichung ergibt.

Eine Serie zuvor erarbeiter experimenteller Daten wurde benutzt urn das numerische hydro-mechanische Modell zu verifizieren. Die Karte der Fraktur-Öffnungen, die durch die Abdruck-Characteristika der Öffnungen erstellt wurde, diente als Eingabe-Datensatz fuer die numerische Simulation. Ein Vergleich zwischen den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen und numerischen Simulation werden hier prasentiert.


The study of underground fluid flow is of great importance in many fields of geology and engineering, for instance hydrocarbon recovery, nuclear waste disposal, underground fluid storage and contaminant transport. In rock masses with low permeability matrix the fluid flow occurs mainly in the fracture network and is related to the connectivity of the fracture sets and to the hydraulic behaviour of single fractures. The understanding of the hydro-mechanical behaviour of single fractures is the first step necessary in order to understand the behaviour of rock masses at the engineering scale.

In most applications the flow through a single fracture is obtained by referring to the laminar flow between two smooth parallel plates. For that geometry the Navier - Stockes equation leads to the well known cubic law, according to which the flow rate is proportional to the hydraulic head gradient and to the distance between the planes raised to the third power. However studies carried out to investigate the influence of normal stress on aperture and permeability variation in rock fractures (Tsang et al. 1983, Raven et al. 1985, Barton et al. 1985, Pyrac-Nolte et al. 1987, Gentier et al. 1997) show that the cubic law does not predict the fluid flow in a fracture in a correct quantitative way.

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