| Abstract |
Results of a series of deformation experiments conducted on gabbro samples and numerical models for computation of flow are presented. Rocks were subjected to triaxial tests (σ1 > σ2 = σ3) under σ3 = 150 MPa confining pressure at room temperature, to generate fracture network patterns. These patterns were either produced by keeping a constant confining pressure and loading the sample up to failure (conventional test: CT), or by building up a high differential stress and suddenly releasing the confining pressure (confining pressure release test: CPR). The networks are similar in overall density but differ primarily in the orientation of smaller fractures. In the case of CT tests, a conjugate fracture set is observed with one dominant fracture zone running at about 20° from σ1. CPR tests do not show such a conjugate pattern and the mean fracture orientation is at around 35° from σ1. Discrete fracture network (DFN) methodology was used to determine the distribution of flow and hydraulic head for both fracture sets under simple boundary conditions and uniform transmissivity values. The fracture network generated by CT and CPR tests exhibit different patterns of flow field and hydraulic head configurations, but convey approximately the same amount of flow at all scales for which DFN models were simulated. The numerical modelling results help to develop understanding of qualitative differences in flow distribution that may arise in rocks of the same mineralogical composition and mechanical properties, but under the influence of different stress conditions, albeit at similar overall stress magnitude.Les résultats d’une série d’expériences de déformation conduites sur des échantillons de gabbro et les modèles numériques pour le calcul d’écoulement sont présentés. Les roches ont été soumises à des essais triaxiaux (σ1 > σ2 = σ3), sous une pression de confinement σ3 = 150 MPa, à température ambiante, pour générer des réseaux de fractures. Ces réseaux ont été générés soit en maintenant une pression de confinement constante et en chargeant l’échantillon jusqu’à la rupture (test conventionnel : CT), ou en faisant croître un fort différentiel de contraintes et en relâchant soudainement la pression de confinement (test de relâchement de la pression de confinement : CPR). Les réseaux sont similaires en termes de densité globale mais diffèrent principalement par l’orientation des petites fractures. Dans le cas des essais CT, un jeu de fractures conjuguées est observé avec une zone de fractures dominante située à environ 20° de σ1. Les essais CPR ne montrent pas un tel jeu de fractures conjuguées et l’orientation moyenne des fractures est à environ 35° de σ1. La méthodologie de réseau de fractures discrètes (DFN) a été utilisée pour déterminer la distribution des écoulements et des charges hydrauliques pour les deux jeux de fractures, sous des conditions aux limites simples et des valeurs de transmissivité uniformes. Le réseau de fractures généré par les essais CT et CPR montre différentes formes de champ d’écoulement et de configurations de charges hydrauliques, mais transporte approximativement le même flux à toutes les échelles pour lesquelles des modèles DFN ont été simulés. Les résultats de la modélisation numérique aident à développer la compréhension des différences qualitatives dans la distribution des écoulements qui peuvent se produire dans des roches de même composition minéralogique et propriétés mécaniques, mais sous l’influence de différentes conditions de contraintes, en restant pour autant dans une même amplitude globale de contraintes.Se presentan los resultados de una serie de experimentos de deformación y modelos numéricos para el cálculo de flujo realizados en muestras de gabro. Las rocas fueron sometidos a pruebas de triaxiales (σ1 > σ2 = σ3) bajo una presión de confinamiento de σ3 = 150 MPa, a temperatura ambiente, para generar patrones de las redes de fracturas. Estos patrones se produjeron manteniendo una presión de confinamiento constante y una carga sobre la muestra hasta el quiebre (prueba convencional: CT), o mediante la creación de una alta tensión diferencial y la liberación repentina de la presión de confinamiento (prueba de la liberación de presión de confinamiento: CPR). Las redes son similares en densidad total pero difieren principalmente en la orientación de las fracturas más pequeñas. En el caso de la prueba TC se observa un juego de fracturas conjugadas con una zona de fractura con una dirección dominante a unos 20° con respecto a σ1. Las pruebas de CPR no muestran un patrón conjugado y la orientación de la fractura media es de alrededor de 35 ° con respecto a σ1. La metodología de la red de fracturas discretas (DFN) se utilizó para determinar la distribución de flujo y la carga hidráulica para ambos conjuntos de fracturas bajo condiciones de contorno simples y valores de transmisividad uniformes. La red de fracturas generada por las pruebas de CT y CPR presentan diferentes patrones de campos de flujo y configuraciones de cargas hidráulicas, pero transmiten aproximadamente la misma cantidad de flujo en todas las escalas para las cuales se simularon los modelos DFN. Los resultados de los modelos numéricos ayudan a desarrollar la comprensión de las diferencias cualitativas en la distribución del flujo que puede surgir en las rocas de la misma composición mineralógica y propiedades mecánicas, pero bajo la influencia de diferentes condiciones de tensión, aunque con una magnitud total similar de la tensión.摘要:本文论述了对辉长石样品进行的一系列变形试验结果及水流计算数值模型的计算结果。在室温σ3 ( 150 MPa限制压力下对岩石进行了三轴试验(σ1 > σ2 = σ3),形成了断裂网络模式。这些模式是通过对样品保持恒定的限制压力并对其加载荷到断裂为止(常规试验:CT)、或者构建很高的差别应力,然后突然释放限制压力(限制压力释放试验:CPR)得到的。网络在总体密度上类似,但主要在小的断裂方向上有区别。在CT试验中,观测到有组合断裂组,其中有一个主要断裂带从(1算起大约为20°。CPR试验并么可显示这样的组合模式,σ1的平均断裂方向大约为35°。采用分散断裂网络(DFN)方法确定简单边界条件下、统一导水率值情况下两个断裂组的水流分布和水头。CT 和 CPR试验得到的断裂网络展示出不同的水流场模式及水头配置,但大约传达了所有尺度下的相同的流量,并为此对DFN模型进行了模拟。数值模拟结果有助于了解水流分布的定性差别,这种差别可以在具有相同矿物组分和力学特性的岩石中出现,但是要在不同应力条件的影响下才能出现,即使在类似总应力幅度的情况下也是如此。Resultados de uma série de experimentos de deformação conduzidos em amostras de gabro e modelos numéricos para computação de fluxo são apresentados. As rochas foram submetidas a testes triaxiais (σ1 > σ2 = σ3) sob pressões de confinamento de σ3 = 150 MPa à temperaturas ambientes para gerar padrões de rede de fraturas. Estes padrões foram produzidos mantendo uma pressão de confinamento constante e sobrecarregando a amostra até falhar (teste convencional: TC), ou por incrementar um estresse diferencial e de repente liberar a pressão de confinamento (teste de liberação da pressão de confinamento: LPC). As redes são similares na densidade em geral, porem diferem primariamente na orientação das fraturas menores. No caso dos testes TC, o conjunto de fraturas conjugadas é observado como uma zona dominante de fraturas com direção ao redor de 20° de σ1. Testes LPC não mostram estes padrões conjugados e a orientação media de fraturas é ao redor de 35° de σ1. A metodologia de rede de fraturas discretas (RFD) foi usada para determinar a distribuição do fluxo e carga hidráulica para ambos os conjuntos de fraturas sob uma simples condição de contorno e valores de transmissividade uniformes. A rede de fraturas gerada por testes TC e LPC exibem diferentes padrões de campo de fluxo e configurações de carga hidráulica, porém transmitem aproximadamente a mesma quantidade de fluxo em todas as escalas simuladas com modelos RFD. Os resultados de modelagem numérica ajudam a desenvolver o entendimento das diferenças qualitativas da distribuição do fluxo que podem surgir em rochas de mesma composição mineralógica e propriedades mecânicas, porém sob influências de diferentes condições de estresse, embora no geral sob similar magnitude de estresse. |
