Kaya düşmesi analizinde geri sıçrama katsayısının etkisinin deneysel ve analitik yöntemlerle incelenmesi
The investigation of the effect of coefficient of restitution on rockfall analysis by using experimental and analytical methods
Yazar: NECİB ÇAPAR
Danışman: PROF. DR. CANDAN GÖKÇEOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Çalışmanın amacı kaya düşmesi sorunlarının çözümlenmesinde literatürde sıklıkla kullanıldığı tespit edilen RocFall ticari yazılımının kullanıldığı durumlar ile MATLAB yazılımı kullanılarak hazırlanmış N-TEK adlı yazılımın kullanıldığı durumlar arasındaki benzerliklerin ve/veya farkların belirli bir çalışma alanını kapsayan uygulama örneği yardımıyla nitel ve nicel olarak belirlenmesidir. Kinematik geri sıçrama katsayılarının (Rn, Rt) girdi değişkeni olduğu RocFall adlı ticari yazılım öbek kütle yaklaşımı kullanarak tekil bloklara ait hareket hesaplamalarını 2 boyutta yapılabilmesini sağlamaktadır. Benzer şekilde öbek kütle yaklaşımı kullanan, yay (kx, ky) ile sönümleme (cx, cy) katsayılarının girdi değişkeni olduğu N-TEK yazılımı
ilgili hareket hesaplamalarının yapılabilmesini kuvvet modelleri kullanarak sağlamaktadır. Her iki yazılıma ait girdi değişkenlerinin belirlenebilmesi için uzaktan algılama yöntemleri kullanılarak çalışma sahasına ait sayısal arazi modeli oluşturulmuş, arazi deneyleri yürütülmüş ve geriye dönük analiz çalışmaları yapılmıştır. Arazi deneyleri yüksek hızlı kamera ile yapılan çekimleri ve ilgili mühendislik jeolojisi birimlerine ait yer değiştirme miktarlarının belirlenmesini kapsamaktadır. RocFall yazılımı içerisinde farklı birimlerin tanımlanmasını sağlayan normal ve teğet geri sıçrama katsayılarının belirlenmesinde yüksek hızlı kamera görüntülerinin kullanılmasının ilgili yöntemin kullanıcı hatasına açık olması ve bloğun çarpışma yüzeyi ile temas ettiği ve çarpışma yüzeyinden ayrıldığı anların çoğunlukla tespitinin mümkün olmaması nedeniyle yetersiz kaldığı sonucuna varılmıştır. Geriye dönük analiz çalışmaları ile çalışma sahası içerisindeki mühendislik jeolojisi birimlerine ait normal ve teğet geri sıçrama katsayıları belirlenebilmiştir. N-TEK yazılımı içerisinde mühendislik jeolojisi birimlerinin tanımlanmasını sağlayan yatay ve düşey yay ile sönümlenme sabitlerinin arazi deneyleri yardımıyla belirlenen yer değiştirmeler kullanılarak tespiti ilgili hareket modeline ait kabuller dikkate alındığında sorunun matematiksel çözümünün bulunmaması nedeniyle mümkün olamamıştır. İlgili hareket modellerinin nitel/nicel karşılaştırması yapılamamıştır, ancak mevcut durum ile ilgili açıklamalar çalışma içerisinde detaylı biçimde ortaya konmaktadır.

Abstract:
The study aimed to compare the situations for solving rocfall problems that a commercial software called Rocfall and a proprietary software called N-TEK that have been written in MATLAB is used qualitatively/quantitatively by using a case study. RocFall software allows the calculation of motions of singular blocks in 2 dimensions bu using the lumped mass approach and kinematic coefficients of restitutions (Rn, Rt). Similarly N-TEK software uses the lumped mass approach but allows the related motion calculations by using spring (kx, ky) and damping (cx, cy) coefficients and force models. By using remote sensing methods digital elevation model of the study area have been formed, field studies and back-analyses studies have been conducted to determine the input parameters for both of the softwares. Field studies were comprised of high-speed camera recordings and mesaurement of displacements for related engineering geology units.The usage of high-speed camera images for determining the coefficients of restitutions which have to be defined for the widely used RocFall Software have been concluded to be insufficient because of the susceptibility of the method against user errors and lack of ability to determine the impact and rebound velocities of the moving block. By using back-analyses methods, the related normal and tangential coefficients of resititutions have been determined for the engineering geology units that are present in the study-area. Determination of the variables used in the suggested motion model defined for the engineering geology units as spring and damping coefficients by using the deformation values measured during the field tests was not possible due to the lack of mathematical solution of the problem. Comparison of both motion models qualitatively and quantitavely have not been possible but related explanations about the situation have been explicitly presented in the study.