Ultrasonic Pulse Velocity Measurements of Cobourg Limestone under Stress

ABSTRACT: Ultrasonic pulse velocity (UPV) measurements are conducted by emitting high frequency, acoustic waves through rock core. The velocities of compressional and shear waves (P- and S- waves) are influenced by the unique microstructural characteristics of the tested rock. Using P- and S- wave velocities and bulk density the dynamic elastic material constants such as Young's modulus, Poisson's ratio, shear modulus, and bulk modulus are calculated. As part of the formerly proposed Deep Geologic Repository in southern Ontario, Canada, a site investigation was completed which characterized the geophysical and geomechanical properties of the location. This research presents an analysis of the historical in situ field geophysical, and geomechanical data compared to new dynamic testing data. The new dynamic testing is conducted on Cobourg Limestone core under three stress conditions: no compression, uniaxial compression, and confinement stress (hydrostatic). This attempts to replicate simplified stress conditions similar to the in situ stresses.

RÉSUMÉ: Les mesures de vitesse des ondes ultrasonores sont effectuées en émettant des ondes acoustiques à haute fréquence à travers d’un cylindre rocheux. La vitesse des ondes de compression et de cisaillement (ondes P- et S-) est influencée par les caractéristiques microstructurales uniques de l’échantillon de roche testé. En utilisant les vitesses d’ondes P- et S- et la densité, les constantes dynamiques du matériau élastique comme le module de Young, le rapport de Poisson, le module de cisaillement et le module de masse peuvent être calculés. Dans le cadre de l’ancien projet de dépôt géologique en profondeur dans le sud de l’Ontario, au Canada, des études de terrains ont été complétés afin de caractériser les propriétés géophysiques et géomécaniques de la masse rocheuse. Cette recherche présente une analyse des données géophysiques et géomécaniques historiques in situ du terrain par rapport à de nouvelles données d’essais dynamiques. De nouveaux essais dynamiques sont effectués sur des spécimens du calcaire de Cobourg sous trois conditions de stress: aucune compression, compression uniaxiale et confinement hydrostatique. On tente ainsi de reproduire des conditions de stress semblables aux conditions in situ.