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12.03.2020 | Original Paper

Seismic Wave Conversion Caused by Shear Crack Initiation and Growth

Zeitschrift:
Rock Mechanics and Rock Engineering
Autoren:
Anahita Modiriasari, Antonio Bobet, Laura J. Pyrak-Nolte
Wichtige Hinweise

Publisher's Note

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Abstract

In laboratory tests, in rock, elastic wave conversion occurs when shear cracks initiate. In the experiments, the samples are continuously probed with seismic waves during loading that caused shear crack initiation and growth. The initiation of shear cracks is not detected with either transmitted P- or S-waves across the crack. However, shear (S) waves, propagated at normal or oblique incidence on an emerging shear crack, are partially partitioned into compressional (P) waves. The emergence of S–P converted modes is theoretically predicted to arise from wave interaction with an array of similarly oriented microcracks. Wave conversions occur before the initiation of shear cracks can be observed on the rock surface using direct imaging measurements. As shear cracks propagate, until crack coalescence, the converted waves amplitude increases. The trend of changes in amplitude of the S–P waves with respect to load for both normally and obliquely incident shear waves on a shear crack is consistent with the extended displacement discontinuity theory. The consistent observation in all the tests of emergent S–P waves during crack initiation and the detection of peak amplitude prior to crack coalescence provides a basis for the development of seismic monitoring techniques to characterize shear crack initiation, crack growth, and crack coalescence.

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