Tünel uygulamalarında kullanılan kaya dayanım parametrelerinin dolaylı yöntemlerle tahmini
Indirect determination of rock strength parameters in tunnel applications
Yazar: KADİR KARAMAN
Danışman: PROF. DR. AYHAN KESİMAL
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering ; Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bu çalışmada, tünel uygulamalarında kullanılan önemli kaya dayanım parametrelerinin dolaylı yöntemlerle tahmini amaçlanmıştır.  Bu amaçla, bir hidroelektrik santral tünelinde farklı kazı aynalarındaki süreksizliklerin mühendislik özellikleri belirlenmiştir. Laboratuvar deneyleri ise çalışılan aynalardan getirilen temsili kaya bloklarından elde edilen karotlar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Laboratuvar ve arazi çalışmalarından elde edilen veriler kullanılarak kaya kütleleri RMR, Q ve RMi sistemlerine göre sınıflandırılmıştır. Problemli kaya ortamlarında UCS parametresinin dolaylı yoldan tahmini için Schmidt sertlik yöntemi önerilmiştir. Ayrıca, UPV/UCS oranı kullanılarak Schmidt sertlik sınıfının pratik olarak tahminine yönelik bir sınıflama geliştirilmiştir. Kapsamlı literatür taraması yapılarak toplam 490 kaya örneği bulguları derlenmiş ve kayaçlar 12 farklı gruba ayrılarak PLI'den UCS tahminine yönelik yeni eşitlikler elde edilmiştir. Ölçülen ve tahmini UCS değerleri RMR, RMi ve normalize Q (Qc) tahmininde karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada genel olarak regresyon, korelasyon, ANOVA analizleri ile birlikte bazı yöntemler (UCS, C, vb.) için % tahmin hatası, % VAF, RMSE ve % MAPE analizleri gerçekleştirilmiştir. RMR sisteminde PLI parametresi kullanılarak dayanım puanının tahminine yönelik PLI<1 MPa ve PLI>1 MPa için grafikler önerilmiştir. Kaya malzemelerinin kohezyon ve içsel sürtünme açıları farklı yaklaşımlar kullanılarak belirlenmiş ve karşılaştırılmıştır. Kaya kütlesi deformasyon modülü (Em), PLI ve RQD parametreleri kullanılarak literatürdeki eşitliklere kıyasla daha pratik ve ucuz bir şekilde tahmin edilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma tünellerde kullanılan kaya dayanım parametrelerinin dolaylı yöntemlerden tahmininde yenilikler içermekte ve uygulayıcılara kolaylık sağlamaktadır. Ayrıca geliştirilen tahmin modelleri jeoteknik uygulamalarda yaygın olarak kullanılan kaya kütlesi sınıflama sistemlerinde daha kolay ve pratik olarak kullanılabilecektir.

Abstract:
In this study, rock strength parameters used in tunnel applications were aimed to estimate by indirect methods. For this purpose, the engineering properties of discontinuities in different excavation faces were determined in the tunnel of a hydroelectric power plant. Laboratory tests were carried out on the core samples derived from representative rock blocks obtained from studied excavation faces. The rock masses were classified according to the RMR, Q, and RMi classification systems by using data obtained from laboratory and field studies. Schmidt rebound hammer method was proposed for indirect estimation of the UCS parameter in the problematic rock conditions. Additionally, a classification was suggested for practical estimation of Schmidt hardness classes using the ratio of UPV/UCS. The data of 490 rock samples were gathered by means of the detailed literature survey and new equations were obtained for the UCS estimation from the PLI, dividing the rocks into 12 different groups. The measured and estimated UCS values were compared in the estimation of RMR, RMi and normalize Q (Qc). In this study, prediction error (%), VAF %, RMSE and MAPE % analyses were performed for some methods (UCS, C, etc.) as well as the regression, correlation and ANOVA analyses. In the RMR system, charts used in the estimation of strength ratings were suggested using the PLI parameter for the PLI<1 MPa and PLI>1 MPa. The cohesion and internal friction angle of rock materials were determined and compared by using the various approaches. Rock mass deformation modulus (Em) was estimated more practical and cheaper compared to the equations proposed in the literature by means of the PLI and RQD. Consequently, this study brings novelty in indirect estimation of the rock strength parameters used in tunneling and provides simplicity for appliers. Furthermore, prediction models developed in this study can be used as a more convenient and practical for rock mass classification systems widely preferred in geotechnical applications.