Permeability of intact and fractured Indiana limestone

This thesis presents the laboratory techniques that were used to determine the permeability of intact and fractured Indiana Limestone. The cylindrical samples used in the experiments measured 100mm in diameter and 200mm in height with concentric axial cylindrical cavities of 23mm diameter along the entire length of the specimen. The permeability of the intact samples was determined by subjecting the sample to radial water flow until the inner pressure of the water-filled cavity reached a steady state. 6 to 18 tests were performed on each sample using different flow rates to obtain an average value of the permeability for each intact specimen of Indiana Limestone. The permeability of the intact specimens ranged from 0.9×10-15 m2 to 1.9×10-15 m2. A flat fracture perpendicular to the axis of the cylindrical samples was introduced; the change of the permeability of the fractured samples with quasi-cycled axial loading was determined. The same steady state constant flow test was used and the change in fracture aperture size was recorded. An initial increase in permeability of around 5 orders of magnitude was observed at the beginning of the first loading cycle and significant irreversible reductions of the fracture permeability were observed after each cycle. The fractures were finally sealed with anchoring gel epoxy and the permeability of the sealed samples was compared with those values for the intact samples.Cette thèse présente les techniques expérimentales utilisées pour déterminer la perméabilité du Calcaire d'Indiana en état intact ainsi que fracturé. Des échantillons cylindriques de 200mm de longueur et de 100mm de diamètre avec des cavités concentrique axiales cylindriques de 23mm de diamètre étaient utilisés. La perméabilité des échantillons intacts a été déterminée en appliquant un écoulement d'eau radial à travers les spécimens jusqu'à l'obtention d'une pression de cavité interne constante. 6 à 18 tests ont été effectués sur chaque échantillon en utilisant plusieurs débits pour obtenir une valeur moyenne pour la perméabilité de chaque échantillon de Calcaire d'Indiana. La perméabilité des spécimens intacts obtenue s'étend entre 0.9×10-15 m2 et 1.9×10-15 m2. Une fracture perpendiculaire à l'axe des spécimens cylindriques a été introduite et le changement de la perméabilité à cause d'efforts quasi-cycliques a été déterminé. Le même genre d'expériences (débit constant) utilisé avec les échantillons intacts a été utilisé avec les échantillons fracturés et le changement de la taille des fractures a été enregistré aussi. La perméabilité des spécimens fracturés augmenta d'environ 5 ordres de magnitude au début du premier cycle d'effort appliqué et une chute irréversible de la perméabilité des fractures a été remarquée à la suite de chaque cycle. Finalement, les fractures ont été scellées avec de l'époxy pour ancrage et la perméabilité des échantillons "intacts" a été comparée avec la perméabilité initialement obtenue des échantillons de Calcaire d'Indiana