Creep Characteristics of Unconsolidated Shale

미고결 셰일의 크립 특성

Laboratory creep experiments show that compaction of unconsolidated shale is an irrecoverable process caused by viscous time-dependent deformation. Using Perzyna's viscoplasticity framework combined with the modified Cam-clay theory, we found the constitutive equation expressed in the form of strain rate as a power law function of the ratio between the sizes of dynamic and static yield surfaces. We derived the volumetric creep strain at a constant hydrostatic pressure level as a logarithmic function of time, which is in good agreement with experimental results. The determined material constants indicate that the yield stress of the shale increases by 6% as strain rate rises by an order of magnitude. This demonstrates that the laboratory-based prediction of yield stress (and porosity) may result in a significant error in estimating the properties in situ.

실내실험을 통해 미고결 셰일의 압밀은 시간 의존적 비복원 점성변형임을 보였다. 점소성 이론과 Cam-clay 이론을 접목하여 미고결 셰일의 구성방정식이 동항복/정항복면의 크기에 대한 지수함수의 형태로 주어짐을 보였으며 이를 통해 크립 변형은 시간에 대한 로그함수의 형태로 구해짐을 보였다. 실험자료와 이론을 비교하여 구성방정식의 물질상수를 규명한 결과 셰일의 항복점은 변형속도가 10배 증가함에 따라 약 6%의 증가하는 것으로 나타났으며 이는 실내 변형속도 조건에서 규명한 셰일의 물성(항복점, 공극률)을 실제 현장 변형속도 조건에 적용시에 상당한 오차를 유발할 수 있음을 시사한다.