Geotechnical engineering and frontier resource development
Authors: Morgenstern N. R. 
Published: October 2009

The traditionalconcepts that constitute the framework for geotechnical engineering are often insufficient on their own to provide a basis for solving geotechnical problems associated with frontier resource developments. Studies are reported on the creep of permafrost slopes, the mechanics of heave in freezing soils and the behaviour of frozen soils subjected to thaw to illustrate this. These problems are encountered in the exploration and production of hydrocarbon resources in the Arctic. Considerations of ice rheology, fundamental thermo-dynamics and heat conduction in soils are additional concepts needed to solve these problems. Other examples are drawn from the geotechnical concerns that enter into the development of the Alberta oil sands. Here the geotechnical engineer must deal with gas-saturated, diagenetically-altered sands and with deformability and strength under high temperatures. Illustrations are given of the novel forms of behaviour encountered under these conditions. Initial results are presented of pore pressures developed under undrained heating and of the theoretical relation between the rate of heating and the dissipation of pore pressures. Rankine is actually better known for his work on thermodynamics and properties of fluids and gases than for his work on earth pressure and therefore it seems fitting in a Rankine Lecture to draw attention to the significance of the main body of Rankine's work in many new areas of geotechnical endeavour. Les concepts traditionnels sur lesquels se base le génie géotechnique ne suffisent souvent pas, à eux seuls, à permettre de résoudre les problèmes géotechniques associés au développement des ressources frontaliéres. Pour illustrer ce point, il est fait mention d'études sur le fluage de pentes à gel permanent, la mécanique du soulèvement dans des sols en train de geler, et le comportement de sols gelés soumis au dégel. Ces problèmes se posent lors de l'exploration et de la production de ressourccs hydrocarbonées en Arctique. La rhéologie de la glace, la thermodynamique élémentaire ainsi que la transmission de la chaleur dans les sob sont des concepts supplémentaires nécessaires à la résolution de ces problèmes. D'autres exemples sont tirés des préoccupations d'ordre géotechnique relatives au développement des Sables Pérolifères de l'Alberta. Dans ce cas, l'ingénieur géotechnique a affaire à des sables saturés de gaz diagénétiquement modifiés et qui présentent une certaine déformabilité et une résistance à des températures élevées. Les nouveaux types de comportement rencontrés dans ces conditions sont décrits. Des premièrs résultats sont présentés pour les pressions interstitielles engendrées par le chauffage sans drainage, ainsi que pour le rapport théorique entre l'intensité du chauffage et la dissipation des pressions interstitielles. Rankine est, en fait, mieux connu pour ses travaux sur la thermodynamique et les propriétés de fluides et de gaz que pour ses travaux sur la poussée des terres et il semble done approprié, lors d'une conférence sur Rankine, d'attirer l'attention sur l'essentiel de son oeuvre et son influence dans bien des nouveaux domaines de la recherche géotechnique.