Three-dimensional stress effects on time-dependent swelling behaviour of shaly rocks

摘要

This paper presents a time-dependent constitutive model that has been developed for the swelling of shaly rocks. Laboratory test results on many shales, including Queenston shale, show that the swelling of these rocks depends on the applied stresses. The applied stress in one principal stress direction reduces swelling strain not only in that direction but also in the perpendicular directions. It was found that swelling strain reductions are nonlinearly dependent on applied stress. The reduction in lateral swelling caused as a result of axial stress is modeled using the "pseudo-Poisson's effect". The proposed model is used to simulate the development of swelling strain with time under uniaxial and biaxial stress conditions. Comparison between the computed and experimental results shows that the pseudo-Poisson's effect is a key parameter for simulating the observed time-dependent swelling.Key words: swelling, Queenston shale, modeling, three-dimensional stress effect, nonlinearity.Cet article présente un modèle de comportement en fonction du temps qui a été développé pour le gonflement de roches schisteuses. Les résultats d'essais de laboratoire sur plusieurs schistes, incluant le schiste de Queenston, montrent que le gonflement de ces roches dépend des contraintes appliquées. La contrainte appliquée dans une direction de contrainte principale réduit la déformation en gonflement non seulement dans cette direction, mais aussi dans les directions perpendiculaires. On a trouvé que les réductions de la déformation en gonflement ont une dépendance non linéaire de la contrainte appliquée. La réduction du gonflement latéral causé par la contrainte axiale est modélisée au moyen du « pseudo-effet de Poisson ». Le modèle proposé est utilisé pour simuler le développement de la déformation du gonflement en fonction du temps sous des conditions de contraintes uniaxiales et bisaxiales. La comparaison entre les résultats calculés et expérimentaux montre que le pseudo-effet de Poisson est un paramètre clé pour simuler le gonflement observé qui dépend du temps.Mots clés : gonflement, schiste de Queenston, modélisation, effet de contrainte tridimensionnelle, non linéarité.[Traduit par la Rédaction]