Nurly Gofar;Alfrendo Satyanaga;Gerarldo D. Aventian;Gulnur Pernebekova;Zhanat Argimbayeva;Sung-Woo Moon;Jong Kim
Geomechanics and Engineering
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v.36
no.4
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pp.343-353
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2024
The hydraulic anisotropic behavior of unsaturated soil has not been fully explored in relation to the grain-size distribution. The present study conducted laboratory assessments to examine the hydraulic anisotropy condition of statically compacted specimens in various initial states. The investigation incorporated the concept of hydraulic anisotropy by employing two discrete forms of soil stratification: horizontal-layering (HL) and vertical-layering (VL). The examined soils comprised sandy silt and silty sand, exhibiting either unimodal or bimodal soil-water characteristic curve (SWCC). This study aimed to investigate the potential correlation between the hydraulic anisotropy ratio and soil properties. The present study established a correlation between the hydraulic anisotropy ratio and several soil parameters, including fine content, dry density, plastic limit, and liquid limit. The study results indicate a non-linear relationship between the percentage of fine and dry density in soils with unimodal and bimodal soil-water characteristic curve (SWCC) and hydraulic anisotropy ratio.
Anisotropy observed in sedimentary rock such as sandstone is mainly caused by existence of bedding consequently influencing on its hydraulic characteristics. The aim of this study is to investigate the influence of locally changing pore structure due to bedding on the hydraulic anisotropy of sandstone, in terms of localized porosity. X-ray CT scan is applied to observe the internal pore structures which is hard to be seen by other experimental methods. Permeability test is also conducted for samples cored at every $15^{\circ}$ from $0^{\circ}$ to $90^{\circ}$ with respect to bedding plane. As a result, the permeability anisotropy is manifest having 1.8 of anisotropy ratio ($k_{90^{\circ}}/k_{0^{\circ}}$) and corresponds with the anisotropy of porosity due to bedding.
Effective hydraulic conductivity of a statistically anisotropic heterogeneous medium is obtained for steady two-dimensional flows employing stochastic analysis. Flow equations are solved up to second order and the effective conductivity is obtained in a semi-analytic form depending only on the spatial correlation function and the anisotropy ratio of the hydraulic conductivity field, hence becoming a true intrinsic property independent of the flow field. Results are obtained using a statistically anisotropic Gaussian correlation function where the anisotropy is defined as the ratio of integral scales normal and parallel to the mean flow direction. Second order results indicate that the effective conductivity of an anisotropic medium is greater than that of an isotropic one when the anisotropy ratio is less than one and vice versa. It is also found that the effective conductivity has upper and lower bounds of the arithmetic and the harmonic mean conductivities.
Shale gas formations exhibit strong mechanical and strength anisotropies. Thus, it is necessary to study the effect of anisotropy on the hydraulic fracture initiation pressure. The calculation model for the in-situ stress of the bedding formation is improved according to the effective stress theory. An analytical model of the stresses around wellbore in shale gas reservoirs, in consideration of stratum dip direction, dip angle, and in-situ stress azimuth, has been built. Besides, this work established a calculation model for the stress around the perforation holes. In combination with the tensile failure criterion, a prediction model for the hydraulic fracture initiation pressure in the shale gas reservoirs is put forward. The error between the prediction result and the measured value for the shale gas reservoir in the southern Sichuan Province is only 3.5%. Specifically, effects of factors including elasticity modulus, Poisson's ratio, in-situ stress ratio, tensile strength, perforation angle (the angle between perforation direction and the maximum principal stress) of anisotropic formations on hydraulic fracture initiation pressure have been investigated. The perforation angle has the largest effect on the fracture initiation pressure, followed by the in-situ stress ratio, ratio of tensile strength to pore pressure, and the anisotropy ratio of elasticity moduli as the last. The effect of the anisotropy ratio of the Poisson's ratio on the fracture initiation pressure can be ignored. This study provides a reference for the hydraulic fracturing design in shale gas wells.
As a preliminary survey to improve efficiency of well-based permeable reactive barrier system for groundwater remediation, this site-scale study was carried to identify the flowpaths and controlling factors of plume at a remediation site in Suwon City, Korea. A total of 22 monitoring wells were installed as a grid system in the $4m{\times}4m$ square area by 1-m interval. For the groundwater characterization, various tests were performed including water-level monitoring, water sampling & analysis, pumping and slug tests, and tracer tests. The aquifer appeared to be unconfined with hydraulic conductivities (K) ranging from $2.6{\times}10^{-4}cm/s$ to $9.5{\times}10^{-3}cm/s$. The average linear velocity of groundwater was estimated to be $2.94{\times}10^{-6}m/s$, and the longitudinal dispersivity of a conservative tracer to be $5.94{\times}10^{-7}m^2/s$. Groundwater plume moves preferentially through the high-K zones, and the relatively high ion concentrations along the low-K zones implying deterred groundwater flow. Consequently, the spatial variation of hydraulic conductivity caused by aquifer heterogeneity and anisotropy appears to be the most important factor to maximize the effect of plume treatment system for application of in-situ groundwater remediation techniques.
In this study, laboratory hydraulic fracturing tests are carried out to evaluate the effects of the cleavage anisotropy of Pocheon granite. Breakdown pressure is smaller when cracks are generated to the direction of rift plane in constant pressurization rate condition because of higher microcracks density. Besides not only injection rate changes but also the amount of injection pressure for fracture initiation and crack expansion is detected while testing due to internal deformation. Pressurization rate is higher while hydraulic fracture testing with constant injection rate condition in case of the specimen which has rift plane perpendicular to borehole because there are much flow paths to penetrate compared to the specimen which has hardway plane perpendicular to borehole. Observation by X-ray CT scanning shows that almost all of cracks due to hydraulic fracturing are generated to the direction of plane which has higher microcrack density that is rift plane or grain plane.
Hill's anisotropy theory and isotropy theory under the deformed profile assumed two separate cases(that is circular and ellipitical) are applied to predict the plastic deformation characteristics of bulge, the strain and polar height under instability condition, using thin square diaphragms of stainless steel, mild steel, brass, copper and aluminum. In this study it was found that the pressure-polar height curves, and the polar height-the polar radius of curvature curve, under anisotropy theory and isotropy theory, assuming a circle profile, agree well with the experimental results, and the equivalent strains of the instability condition under anisotropy theory are better good agreement with the experimental results than those of the instability condition under isotropy theory. Beside, FLCo(plane Strain Intercept) obtained by Bethlehem FLC method and standard FLC method (modified) agree well with the experimental result.
This study was to investigate the effects of stress ratio and anisotropy on Fatigue Crack Propagation(FCP) behavior of rolled magnesium alloy AZ31B. The experimental materials were a Mg-Al-Zn magnesium alloy. The FCP test was conducted on compact tension specimen by a servo-hydraulic fatigue testing machine in air at room temperature. Compact tension specimens were prepared from the extruded parallel and vertical rolling direction. The test condition was frequency of 10Hz and sinusoidal load stress ratios are 0.1 and 0.7. The FCP rates was automatically measured by a compliance method. In the case of the FCP of AZ31B, the FCP of both direction of LT and TL by anisotropy of specimens are almost same value. In lower stress ratio, the FCP of the LT, TL specimens are increased in lower ${\Delta}K$ region but higher ${\Delta}K$ regions are almost same value. Finally, the result of observed the surface crack, it expressed the quasi-cleavage fracture in lower ${\Delta}K$ region and straight mark on the aspect of the facet in high ${\Delta}K$ region.
Laboratory testing of representative rock specimens is of fundamental necessity for the successful design and/or assessment of facilities associated with many kinds of underground exploitation, including the geological disposal of radioactive nuclear waste. As a fundamental and systematic study, a series of measurements of the physical, mechanical and hydraulic properties of Inada granite and Shirahama sandstone, two rock types that are widely available in Japan, have been performed. This paper presents the results of a study of the effective porosity, density, compressive and shear wave velocity, unconfined compressive strength and permeability of the two rocks. The anisotropy and the effects of confining pressure on the permeability of the rocks, as well as the relationships among the physical, mechanical and hydraulic properties, are also investigated and discussed.
A finite element formulation lot the simulation of axisymmetric sheet hydroforming is proposed, and an implicit program is coded. In order to describe normal anisotropy of steel sheet, Hill's non-quadratic yield function (Hill, 1979) is employed. Frictional contacts among sheet surface, rigid tool surface, and flexible hydrostatic pressure are considered using mesh normal vectors based on finite element of the sheet. Applied hydraulic pressure is also considered as a function of forming rate and time and treated as an external loading. The complete set of the governing relations comprising equilibrium and interfacial equations is approximately linearized for Newton-Raphson algorithm. In order to verify the validity of the developed finite element formulation, the axisymmetric bulge test is simulated. Simulation results are compared with other FEM results and experimental measurements and showed good agreements. In axisymmetric hydroforming processes of a disk cover, formability changes are observed according to the hydraulic pressure curve changes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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