H Y D R A U L I C F R A C T U R E P R O P A G A T I O N I N B R I T T L E R O C K: C O N S I D E R I N G I N T E R A C T I O N T E R M B E T W E E N F L U I D I N E R T I A A N D V I S C O S I T Y P A R A M E T E R S

Abstract:
Modeling of fluid-driven fractures, arguably one of the most challenging computational problems in geoengineering, has been the subject of numerous investigations. The thrust of these efforts has been directed, however, towards the mechanics of deep hydraulic cracks, with subsurface hydraulic fractures receiving comparatively little attention. Nonetheless, there are numerous circumstances when the propagation of a fluid driven fracture in a solid medium is influenced by the presence of a free surface: remediation of contaminated soils, excavation of hard rock by injection of fluids, preconditioning and cave inducement in mining, waste disposal, and fracture propagation in dams. Furthermore, there are also spectacular examples of geological processes that involve near-surface magma-driven fractures. Investigations have addressed various aspects of the problem, both analytically and numerically, for some further references. It is, however, only recently that there has been a rigorous effort to study the parametric dependence of a fluid-driven fracture and the corresponding different limiting regimes. An explicit solution for fracture propagation in the toughness-dominated regime has been constructed by Garagash [Engineering Fracture Mechanics, 2006], when the energy dissipated in the viscous fluid flow inside the fracture is negligibly small compared to the energy expended in fracturing the solid medium. It was also shown that the established method of asymptotic expansion in small parameters is equally applicable to study other small effects (e.g., fluid inertia) on the otherwise toughness-dominated solution. This paper represents an analytical method for solving the problem of plane-strain hydraulic fracture propagating in an impermeable brittle rock under large toughness and axisymmetric conditions. The flow of incompressible fluid in the fracture is unidirectional and laminar. Fracture propagation is described in the framework of linear elastic fracture mechanics (LEFM). The fracture is fully fluid-filled at all times. This problem has been examined by Garagash [Engineering Fracture Mechanics, 2006] without considering the interaction effect of inertia and viscosity parameters. In this work, the net pressure in the fracture, the crack opening, and the fracture half-length are obtained from the perturbation solution considering this interaction effect on the otherwise toughness-dominated solution. The results are compared with analytical reference solutions.
Language:
Persian
Published:
Sharif Journal Civil Engineering, Volume:32 Issue: 2, 2016
Pages:
59 to 66
https://www.magiran.com/p1603518  
سامانه نویسندگان
  • Asgari، Ali
    Author (1)
    Asgari, Ali
    Assistant Professor Assistant Prof, Faculty of Engineering and Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran, University of Mazandaran, بابلسر, Iran
  • Lakirouhani، Ali
    Author (3)
    Lakirouhani, Ali
    (1386) دکتری مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
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