Preliminary Experimental Investigation on the Geomechanical Behaviour of Hydrate-Bearing Fine-grained Sediments

Boning Ma, Jocelyn Hayley, Jeffrey Priest

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoEdmonton 2018: 71st Canadian Geotechnical Conference; 13th joint with IAH-CNC

Session: Cold Regions and Permafrost Geotechnics II

ABSTRACT: The existence of gas hydrate within deep marine sediments influences the geomechanical properties of the host sediment. As such, dissociation of the hydrate, through ongoing climate change or through future production of the hydrate, may pose a significant risk to submarine slope stability. Although extensive research has been conducted on hydrate-bearing sands, very limited studies on geomechanical behaviour of gas hydrate-bearing fine-grained soils have been reported in the literature. This paper presents the initial results of a study to investigate the impact of hydrate veins on the K0 compression of hydrate-bearing fine grained sediments. An experimental investigation was carried out using fine-grained soil specimens with cylindrical carbon dioxide hydrate-bearing sand cores to mimic natural hydrate vein-bearing fine-grained sediment. After formation of the hydrate, K0 compression tests were carried out to explore differences in axial deformation of the specimens as a function of applied vertical stresses. Test results indicate that brittle yielding occurred during K0 compressions due to the breakage of the bond between the hydrate and the host grains as well as the high content of stiff hydrate. The hydrate-bearing fine-grained specimen is capable of withstanding much greater axial loads than the baseline specimen. Before yielding, the axial load was primarily carried through the hydrate vein, while after yielding, the specimen behaviour approached that for the baseline case.

RÉSUMÉ: L'existence d'hydrates de gaz dans les sédiments marins profonds influence les propriétés géomécaniques des sédiments hôtes. En tant que tel, la dissociation de l'hydrate, à travers le changement climatique en cours ou à travers la production future de l'hydrate, peut poser un risque important pour la stabilité de la pente sous-marine. Bien que des recherches approfondies aient été menées sur les sables riches en hydrates, des études très limitées sur le comportement géomécanique des sols à grains fins riches en hydrates de gaz ont été rapportées dans la littérature. Cet article présente les premiers résultats d'une étude visant à étudier l'impact des veines d'hydrates sur la compression K0 de sédiments à grains fins contenant des hydrates. Une étude expérimentale a été réalisée en utilisant des échantillons de sol à grain fin avec des carottes cylindriques de sable contenant du dioxyde de carbone pour imiter des sédiments à veine fine riches en hydrates naturels. Après la formation de l'hydrate, des essais de compression K0 ont été effectués pour explorer les différences de déformation axiale des éprouvettes en fonction des contraintes verticales appliquées. Les résultats des tests indiquent que des casses fragiles se sont produites pendant les compressions K0 en raison de la rupture de la liaison entre l'hydrate et les grains hôtes ainsi que de la forte teneur en hydrate rigide. L'échantillon à grains fins contenant des hydrates est capable de supporter des charges axiales beaucoup plus grandes que l'échantillon de base. Avant de céder, la charge axiale était principalement transportée à travers la veine d'hydrate, tandis qu'après le rendement, le comportement de l'échantillon se rapprochait de celui du cas de base.

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