Static versus dynamic elastic constants for low porosity, transversely isotropic metasedimentary rock

ABSTRACT: Elastic constants of rock and similar materials are critical material parameters in rock engineering design. Determining the elastic constants of transverse isotropic (TI) rocks is not a trivial matter. As deformation and failure of TI materials are dependent on their structure, the measurement of static elastic constants is highly sensitive to instrument location on a specimen as compared to dynamic elastic constant measurement which is material dependent. In this study, the measurements of static and dynamic elastic constants were compared for a low porosity, transversely isotropic metasedimentary rock. This comparison highlights that dynamic measurements are more applicable to the determination of in-plane and out-of-plane elastic constants as the rock specimen’s failure mode is not necessarily captured. In contrast, static measurements obtained parallel and perpendicular to strike of the transversely isotropic structure acutely capture shear failure along strike of the TI structure.

RÉSUMÉ: La détermination des constantes élastiques des roches et des matériaux similaires est une propriété essentielle des matériaux dans la conception de l'ingénierie des roches. La détermination des constantes élastiques des roches isotropes transversales (IT) n'est pas une affaire triviale et comme la déformation et la rupture des matériaux IT dépendent de la structure, la mesure des constantes élastiques statiques est très sensible à l'emplacement de l'instrument par rapport à la mesure des constantes élastiques dynamiques qui dépendent du matériau. Dans cette étude, les mesures statiques et dynamiques des constantes élastiques ont été comparées pour une roche métasédimentaire à faible porosité et isotrope transversalement. La comparaison a mis en évidence que les mesures dynamiques sont plus applicables à la détermination des constantes élastiques dans le plan et hors du plan car le mode de rupture du matériau n'est pas nécessairement pris en compte par rapport aux mesures statiques obtenues le long de la direction et perpendiculairement à la direction de la structure isotrope transversale dans laquelle la rupture par cisaillement le long de la direction de la structure IT est saisie de manière aiguë et reflétée dans la mesure des constantes élastiques statiques.