Kayaç ve süreksizlik özellikleri değişiminin disk keski tüketimine etkisinin sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi
The modelling of rock and discontunuity variation's effect on disc cutter consumption by finite elements method
Yazar: ÜLKÜ KALAYCI ŞAHİNOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ÜMİT ÖZER
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Maden İşletme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Disk keskiler = Disk cutters ; Dönen diskler = Rotating discs

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, tünel açma makinelerinde disk keski aşınmalarının kayaç ve süreksizlik özelliğine göre değişimini bir sonlu elemanlar programı yardımıyla analiz ve simule etmektir. Bu amaçla iki farklı tünel projesinde, farklı aşınma türlerine neden olan kazı koşulları analiz edilmiştir. 
Çalışma kapsamında, her iki tünel güzergahında geçilen kaya birimlerinden numuneler alınmış, bu kayaçların fiziksel ve mekanik testleri uluslararası standartlara uygun olarak (ISRM, ASTM) yapılmıştır. Fiziksel ve mekanik özellikleri belirlemeye yönelik olarak, yoğunluk tayini, dolaylı tek eksenli basınç dayanımı, Cerchar aşındırıcılık deneyi, Brezilian yöntemi ile dolaylı çekme dayanımı, Schmidt çekici sertliği, akustik deneyler (dinamik elastisite modülü, kayma modülü, sıkışmazlık modülü ve Poisson oranı) ve mineralojik içerik tayini deneyleri yapılmıştır. Arazi çalışmaları olarak yerinde jeoteknik gözlem ve sıcaklık ölçümleri yapılmış, TBM çalışma parametreleri ve keski tüketimleri kayıt altına alınmıştır.
TBM çalışma parametreleri, kaya kütle özellikleri ve kaya mineralojik yapısı gibi parametreler ve bu parametrelerin birbirleriyle ilişkileri keski aşınmalarını kontrol etmektedir. Çalışmada keski aşınmasına neden olan bu mekanizmalar incelenmiş ve güzergah boyunca karşılaşılan formasyonlara göre sınıflandırılmıştır. 
Bu çalışma ile kayaç ve süreksizlik özelliklerine göre gerçekleşebilecek keski tüketim mekanizmaları simülasyon yöntemiyle tespit edilmiş, tespitlerin doğrulaması araziden elde edilen bulgularla yapılmıştır. Proje aşamasında karşılaşılabilecek aksaklıkların öngörülebilmesine ışık tutacak mekanizmalar ortaya konulmuştur. 
Çalışma süresince elde edilen TBM parametreleri, kaya özellikleri ve keski tüketimleri arasında regresyon analizi yapılarak anlamlı ilişkiler ve geçişler kurulmuş, sonraki uygulamacılara kolaylık sağlamak üzere sunulmuştur.

Abstract:
The aim of this thesis study is to analyze and simulate the change of disc cutter wears in tunnel boring machines according to the rock and discontinuity properties. For this aim, two different tunnel project excavation conditions which were resulted by different cutter consumptions, were analyzed.
In the scope of the study, samples were collected from the rock units that is being passed through both tunnels. In addition to that, physical and mechanical tests of that rocks were carried out in accordance with international standards (ISRM, ASTM). Experiments were carried out to determine the physical and mechanical properties such as density, uniaxial compressive strength, cerchar abresivity test, Brezilian tensile strength, Schmidt hammer rebound hardness test, acoustic tests (dynamic modulus of elasticity, shear modulus, compressibility modulus and Poisson ratio) and mineralogical content.
In situ geotechnical observations and temperature measurements were made as well besides TBM working parameters and disc cutter consumptions were recorded. Parameters like TBM utilization, rock mass properties and rock mineralogical structure, and the relationship of them to each other control the disc cutter consumption. These mechanisms that cause of disc cutter wear in service have been studied and classified according to the formations encountered along the route.
As a result of the study, disc cutter consumption mechanisms which can take place according to rock and discontinuity properties were determined by simulation method and validation of the determinations was made with the findings obtained from the field.
Mechanisms that will shed light on the anticipation of the problems during the project phase revealed. Significant correlations and transitions have been established by performing regression analysis between TBM parameters, rock properties and disc cutter consumptions obtained during the study, and presented for the convenience of subsequent applications.