Consolidation of water saturated shales at great depth under drained conditions

The principles of critical state mechanics appear to apply for shales. The isotropic consolidation behavior of four shales have been investigated experimentally at effective pressures of 1 to 65 MPa to evaluate some critical state parameters as a function of mineralogy and porosity. Sample volume change as a function of effective pressure was measured to determine the normal consolidation (NCL) and over consolidation (OCL) lines. The slopes of the NCL and OCL (λand κ) are distinct for the four shales. The slopes of the NCL correlate strongly with porosity and with the sum of porosity and swelling clay content, i.e. the water sources. The slopes of the OCL correlate with non-swelling minerals (clays and non-clays), i.e. the elastic components. The results suggest that careful mineralogical and porosity characterizations may be used to estimate both isotropic consolidation and deformation parameters of shales. Les principes de la mécanique à l’état critique sont applicables également aux schistes. Dans un appareil triaxial on a étudié le comportement de consolidation isotrope de quatre schistes à des pressions effectives de 1 à 65 MPa, afin d’étudier leur caractéristiques en fonction de leur minéralogie et de leur porosité. Le changement de volume de l’échantillon en fonction de la pression effective a permis de déterminer les courbes de consolidation normale (NCL) et de sur-consolidation (OCL). Les pentes des courbes NCL et OCL (λet κ) sont distinctes pour les quatre schistes. Le pente de la courbe NCL est en forte corrélation avec la porosité, ainsi qu’avec la somme de la porosité et du contenu en argile gonflante, la principale provenance d’eau. La courbe OCL est en corrélation avec la teneur en minéraux argileux non-gonflants et minéraux non-argileux qui représentent les composants élastiques. Il en resulte qu’une caractérisation soigneuse de la minéralogie et de la porosité des schistes permet de connaître leur comportement de consolidation isotrope et de déformation. Die Grundsätze der Kritischen-Zustands-Mechanik sind auf Tongesteine unterschiedlicher Zusammensetzung anwendbar. In einem Triaxialapparat wurde das isotrope Konsolidationsverhalten von 4 Tongesteinen bei effektiven Spannungen von 1–65 MPa bestimmt. Die kritischen Zustandsparameter wurden dabei in Abhängigkeit von Mineralogie und Porosität ermittelt. Die Messung der Volumenänderung in Abhängigkeit der effektiven Spannungen erlaubte die Bestimmung der Pfade der Erstbelastung (NCL) und der Wieder-belastung (OCL) sowie ihrer Steigungen. Die NCL-Steigung korreliert streng mit der Porosität, sowie der Summe von Porosität und Anteil quellfähiger Tonminerale, welche den Wassereinfluss repräsentieren. Die OCL-Steigung korreliert mit dem Anteil der nicht quellfähigen Tonminerale und Nichttonmineralien, welche die elastischen Komponenten darstellen. Daraus resultiert, dass sie genaue Charakterisierung der Mineralogie und der Porosität der Tongesteine die Beurteilung des Konsolidations- und Deformationsverhaltens ermöglicht.