Characterization of failure and dilatancy processes by ultrasonics for isotropic and anisotropic rocks

Some uniaxial compression tests were realized on isotropic (chalk) and anisotropic (shale) rocks. At regular times during each test, ultrasonic signals (P waves) were recorded. There no notable variation was observed in the propagation velocities, the interpretation has been realized based on the attenuation parameters. The usual analysis techniques (spectral ratio and rise time) are not of application in this problem, therefore an original processing of the recorded signals has been found, there based on the system identification (ARX model). It has permitted to model the direct wave by suppressing from the recorded signal the waves reflected on sample faces or on pre-existing cracks. The rock transfer function has been estimated out of this direct wave. The evolution of this transfer function during the tests has brought to the fore an important increase of the Ρ wave attenuation once dilatancy and cracking occur. Des essais de compression uniaxiale sur des roches isotrope (craie) et anisotrope (schiste) ont éίé réalisés. Régulierement, durant toute la durée de chaque essai, des signaux ultrasoniques (ondes P) ont éίéenregistres. Vu qu’aucune variation sensible des vitesses de propagation n’a été constatée, c’est sur base de l’atténuation que l’interpréation a pu être faite. Les m&hodes habituelles d’analyse (rapport de spectres et temps de montée) étant inapplicables, un traitement original des signaux enregistrés a éίéélaboré. Basé sur I;’dentification des systemes (modele ARX), il a permis de modéliser l’onde directe en épurant le signal enregistré de toutes les réflexions sur les parois et les fissures pré-existantes de l’echantillon. La fonction de transfert de la roche a alors pu être déterminée a partir de cette onde directe. L’évolution de la fonction de transfert au cours des essais a pu mettre en évidence une augmentation significative de l’atténuation de l’onde Ρ dés l’apparition de la dilatance et de la fissuration. An isotropen und anisotropen Gesteinen wurden mehrere einfache Kompressionsversuche durchgefuhrt. Uber die gesamte Versuchsdauer wurden in regelmässigen Abständen Ultraschallsignale (P-welle) gemessen. Da keine nennenswerten Geschwindigkeitsänderungen aufraten, wurde die Signalabschwachung als Parameter zur Analyse benutzt. Da die üblichen Analysemethoden (Spektralratio und Steigungszeit) nicht anwendbar waren, wurde eine eigenständige Behandlung der empfangenen Signale erarbeitet, die auf der Systemidentiflzierung nach dem ARX-modell beruht. Sie ermöglichte, die direkte Welle zu modelisieren, indem das empfangene Signal von alien Ruckstrahlungen, die durch die bestehenden Risse und Wände der Gesteinsprobe entstehen, gereinigt wurde. Die Transfertstunktion des Gesteins konnte dann anhand dieser direkten Welle berechnet werden. Die Entwicklung des Transfertsfunktion im Verlaufe des Versuchs hat eine bedeutende Erhöhung der P-Wellenabschwächung in Folge von Ausdehnung und Bruch gezeigt.