To construct in situ velocity-porosity relationships for oceanic basalt, considering crack features, P- and S-wave velocity measurements on basaltic samples obtained from the eastern flank of the Juan de Fuca Ridge were carried out under confining pressures up to 40 MPa. Assuming that the changes in velocities with confining pressures are originated by micro-crack closure, we estimated micro-crack aspect ratio spectra using the Kuster-$Toks{\ddot{o}}z$ theory. The result demonstrates that the normalised aspect ratio spectra of the different samples have similar characteristics. From the normalised aspect ratio spectrum, we then constructed theoretical velocity-porosity relationships by calculating an aspect ratio spectrum for each porosity. In addition, by considering micro-crack closure due to confining pressure, a velocity-porosity relationship as a function of confining pressure could be obtained. The theoretical relationships that take into account the aspect ratio spectra are consistent with the observed relationships for over 100 discrete samples measured at atmospheric pressure, and the commonly observed pressure dependent relationships for a wide porosity range. The agreement between the laboratory-derived data and theoretically estimated values demonstrates that the velocity-porosity relationships of the basaltic samples obtained from the eastern flank of the Juan de Fuca Ridge, and their pressure dependence, can be described by the crack features (i.e. normalised aspect ratio spectra) and crack closure.
Volcanic rocks in Jeju island show vesicular structure caused by various environmental factors, and indicate the differences in geological and mechanical characteristics from region to region. Previous studies on the volcanic rocks in Jeju island have been actively conducted on geological and chemical properties in terms of geophysics and geology and on physical and mechanical properties in terms of engineering. But comprehensive comparative analysis on physical and mechanical properties of volcanic rocks in Jeju island is not conducted. In this study, the physical and mechanical properties of volcanic rocks in Jeju island were compared and analyzed comprehensively through the existing research papers and reports about volcanic rocks in Jeju island. As a result, it was found that the relationship between absorption (porosity) and apparent specific gravity is commonly linear and could be represented as two different linear approximations. In addition, it was found that the relationship between P-wave velocity and S-wave velocity and the relationship between absorption (porosity) and uniaxial compressive strength could be classified more clearly, considering two different linear relationships in absorption (porosity) and apparent specific gravity.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.4
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pp.1215-1225
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2014
Volcanic rocks formed from magma near the earth surface commonly show vesicular structures due to exsolution of gaseous phases in magma. The distinction and the amount of vesicles are greatly various, but there are few researches on the effect of volume percentage of vesicles on the mechanical properties. In this study, mechanical characteristics of volcanic rocks in relation to the porosity are investigated through experimental tests with Jeju basalt. Two methods (the buoyancy method and the caliper method) are adopted for measuring porosity. And unconfined compressive strength, elastic modulus, tensile strength, and elastic wave velocity are plotted against porosity in order to propose the empirical relations after the regression analysis. Also, unconfined compressive strength and the elastic modulus in relation to the elastic wave velocity are proposed with the analysis. In the case of vesicular rocks with more than 5% porosity, it is found that the buoyancy method provides more accurate estimation of porosity than the caliper method. The unconfined compressive strength, the elastic modulus, and the elastic wave velocity decrease curvilinearly with increasing in porosity. Also, the unconfined compressive strength and the elastic modulus increase linearly with increasing in elastic wave velocity.
In this paper, we will introduce rock physics modeling technique, which interrelate reservoir properties with seismic properties, and apply the technique to the Donghae-1 gas reservoir. From well-log data analysis, we obtained velocityporosity (Vp-$\phi$) relations for each formation. These relations can used to predict porosity from seismic data. In addition, we analyzed permeability data, which were obtained from core measurements and computational rock physics simulations. We then obtained permeability-porosity ($\kappa-\phi$) relations. Combining $\kappa-\phi$ with Vp-$\phi$ relations, we finally present quantitative Vp-$\kappa$ relations. As to Vp-$\phi$ modeling, we found that the degree of diagenesis and clay contents increase with depth. As to Vp-$\kappa$ relations, though \kappa-\phi relations are almost identical for all formations, we could obtain distinct Vp-$\kappa$ relations due to Vp-$\phi$ variations. In conclusion, the rock physics modeling, which bridges between seismic properties and reservoir properties, can be a very robust tool for quantitative reservoir characterization with less uncertainty.
Among the index properties of granite and andesite, the relation between porosity and water content is highly correlated, but specific gravity, porosity and water content have loW relation with P wave velocity and their relationship showed dispersed zone type. With raising the temperature, Brazilian tensile strength was not changed remarkably, but decreased near $100^{\circ}C$. After the strength increased at $150^{\circ}C$, it decreased near $200^{\circ}C$ in granite. In andesite, however, the strength was increased up to $200^{\circ}C$, and then decreased. The variations of P wave velocity at each temperature zone are similar to those of tensile strength.
Kim, Hyunjin;Song, Insun;Chang, Chandong;Lee, Hikweon;Kim, Taehee
The Journal of Engineering Geology
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v.23
no.4
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pp.329-340
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2013
A geologic survey of the Bukpyeong and Pohang basins, as candidate basins for the geological storage of $CO_2$, was performed to evaluate storage capacity and security. To analyze the mechanical stability of the storage reservoir and cap rocks, we measured the porosity, seismic velocity, uniaxial strength, internal frictional angle, and Young's modulus of core samples recovered from the two basins. It is costly and sometimes impossible to conduct tests over the entire range of drill holes, and continuous logging data do not yield the mechanical parameters directly. In this study, to derive the mechanical properties of geologic formations from the geophysical logging data, we determined the empirical relations between the physical properties (seismic velocity, porosity, and dynamic modulus) and the mechanical properties (uniaxial strength, internal friction angle) of the core samples. From the comparison with our core test data, the best fits to the two basins were selected from the relations suggested in previous studies. The relations between uniaxial strength, Young's modulus, and porosity of samples from the Bukpyeong and Pohang basins are more consistent with certain rock types than with the locality of the basins. The relations between the physical and mechanical properties were used to estimate the mechanical rock properties of geologic formations from seismic logging data. We expect that the mechanical properties could also be used as input data for a modeling study to understand the mechanical instability of rock formations prior to $CO_2$ injection.
Smoldering is a non-flaming combustion mode, characterized by thermal degradation and c charring of the virgin material, evolution of smoke and emission of visible glow. A big fire may @ occur even in a confined environment having a limited amount of oxygen, due to smoldering c combustion through a porous solid material. This paper presents a theoretical analysis on the effect of smoldering combustion on fire occurrence based on a report about fire investigation of a real f fire accident. It is assumed that the propagation of the smolder wave is one-dimensional, d downward, opposing an upward forced flow and steady in a frame of reference moving with the s smolder wave. Smoldering combustion is modeled by a one-step reaction mechanism, without c considering pyrolysis. It is found that dominant parameters controlling smoldering combustion i include mass flux of oxidizer entering the reaction zone and void fraction of solid fuel. It is also found that the mechanism of transition to flaming is critically influenced by these two parameters.
Changes in rock properties due to freezing and thawing cycles ranging from $-20^{\circ}C$ to $10^{\circ}C$ were checked for the typical Korean rocks: granite (weathered), limestone, sandstone, tuff, shale and basalt. The porosity, seismic velocity, shore hardness and specific gravity were measured every 10 cycles for each type of rock up to 40 cycles. The specific gravity was rarely changed. Granite (w), shale and basalt decreased gradually in their shore hardness and seismic velocity values, these values for limestone, sandstone and tuff changed only a very little. The porosity increased in the granite (w), shale and basalt, whereas in the others it did not change. Due to the low tensile strength with high porosity, granite (w), shale and basalt were susceptible to the F-T cycles. A linear regression equation was calculated based on the experiment results according to properties and types of rock. The relationship between the freeze-thaw sensitivity (=initial porosity/initial tensile strength) and the coefficients of the regression equation was examined. With additional experimental data, the coefficients of the regression equation can be estimated using the F-T sensitivity. This makes it possible to predict the properties of rock as affected by freeze-thaw weathering by only measuring the initial properties without knowledge of the regression equation coefficients for each type of rock.
The knowledge of rock strength is important in assessing wellbore stability problems, effective sanding, and the estimation of in situ stress field. Numerous empirical equations that relate unconfined compressive strength of sedimentary rocks (sandstone, shale, and limestone, and dolomite) to physical properties (such as velocity, elastic modulus, and porosity) are collected and reviewed. These equations can be used to estimate rock strength from parameters measurable with geophysical well logs. Their ability to fit laboratory-measured strength and physical property data that were compiled from the literature is reviewed. While some equations work reasonably well (for example, some strength-porosity relationships for sandstone and shale), rock strength variations with individual physical property measurements scatter considerably, indicating that most of the empirical equations are not sufficiently generic to fit all the data published on rock strength and physical properties. This emphasizes the importance of local calibration before one utilizes any of the empirical relationships presented. Nonetheless, some reasonable correlations can be found between geophysical properties and rock strength that can be useful for applications related to wellhole stability where haying a lower bound estimate of in situ rock strength is especially useful.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1D
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pp.35-43
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2008
This paper mainly deals with the performance evaluation of 33 asphalt sections of Korea Expressway Corporation Test Road (KECTR) during the past four years. Since the construction of the KECTR in December 2002, key performance indicators of asphalt pavements have been collected five times with an Automatic Road Analyzer (ARAN), and have been analyzed for permanent deformation, surface distress, and road roughness. Linear viscoelastic characteristics of four dense graded HMAs used in KECTR were investigated with a series of complex modulus test. The effect of air void in HMAs on dynamic modulus was investigate at two air void contents for a surface course HMA (19 mm Nominal Maximum Size of Aggregate). Layer densification due to traffic was estimated from air void contents of field cored samples, and was correlated with pavement distresses and performances. One of findings of this study was that both permanent deformation and cracking were suspectible to pavement temperatures, rather than traffic. However, it was found that road roughness was mostly affected by traffic loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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