Süreksizliklerin makaslama dayanımını belirlemede kullanılan patton ölçütünün farklı bir yaklaşımla değerlendirilmesi
Evaluation of the patton criterion for shear strength of discontinuities using a different approach
Yazar: MUHAMMET BEYHAN
Danışman: PROF. DR. KAMİL KAYABALI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Kesme dayanımı = Shear strength ; Süreksizlik = Discontinuity

Özet:
Kaya kütlelerine gelen yüklerde daha çok süreksizliklerin tepkisi öne çıkar. Süreksizliklerin kesme dayanımı (SKD) konusunda yapılan önemli çalışmaların ilki Patton (1966) tarafından gerçekleştirilmiş; ilerleyen zamanlarda pek çok araştırmacı tarafından deneysel ve masabaşı modellemeleriyle irdelenmiştir. Laboratuvar deneyleriyle SKD'nın sağlıklı bir şekilde belirlenmesi için en az 5-6 adet özdeş numuneye ihtiyaç vardır. Amaca uygun özdeş yüzeylerin bulunması, numune alınması ve bunların deneye hazırlanması sırasında karşılaşılan güçlükler araştırmacıları SKD'nı kısa yoldan belirlemeye yönelik çalışmalara zorlamıştır. Önceki çalışmaların birinde (Habibzadeh 2020) SKD için Patton çift eğrili modelinin iyi çalıştığı ve zarfların çoğunlukla 2 MPa'lık normal gerilme değerinde kesiştiği sonucuna varılmıştır.
Bu çalışmanın hipotezi, Patton modelinin iki zarfını tiltmetre ve profilometre deneyleriyle üretmek; elde edilen zarfları 2 MPa'da kesiştirerek dolgusuz yapay süreksizlikler için bir yenilme modeli geliştirmek ve modelin uygulanabilirliğini geleneksel doğrudan kesme deney (GDKD) sonuçlarıyla karşılaştırarak test etmektir. Araştırma hipotezinin başarılı olamaması halinde alternatif yöntem olarak, çok sayıda numuneye ait geniş bir veri tabanıyla çok aşamalı doğrudan kesme deneyinin (ÇADKD) güvenilirliğinin irdelenmesi hedeflenmiştir. Bu araştırmada 30 farklı kaya türünün mineralojik-petrografik özellikleri, tek eksenli sıkışma dayanımları, temel sürtünme açıları ve pürüzlülük açıları belirlenmiş olup, farklı normal gerilmeler altında GDKD ve ÇADKD gerçekleştirilmiştir. Araştırmada 30 kayanın 26'sında Patton (1966) çift eğrili yenilme zarflarının 2 MPa'lık normal gerilme değeri civarında yoğunlaştığı gözlenmiştir. Tiltmetre ve profilometre deneyleriyle Patton (1966) çift eğrili yenilme zarflarının oluşturulmasında kısmen başarılı sonuçlar elde edilmiştir. SKD'nın belirlenmesi amacıyla regresyon katsayısı 0,92 olan ampirik bir ilişki geliştirilmiştir. ÇADKD'de pürüzlülüklerin tıraşlanması sonucunda GDKD'den elde edilen sonuçlara kıyasla genel olarak daha düşük kesme dayanımı elde edilmiştir.

Abstract:
When rock masses are loaded, the response of discontinuities becomes more pronounced. Patton's (1966) study was a pioneering work on shear strength of discontinuities (SSD), followed by extensive experimental and desktop modeling approaches. Accurate determination of SSD through laboratory experiments requires at least 5-6 identical samples. Difficulties in finding suitable surfaces, sampling and preparing them for testing have driven researchers to seek more practical methods. Previous research by Habibzadeh (2020) concluded that the Patton bilinear-curve model performs well for SSD, with envelopes generally intersecting at 2 MPa normal stress.
This study hypothesizes generating two envelopes of the Patton model using tiltmeter and profilometer experiments, developing a failure model for artificial discontinuities by intersecting the envelopes at 2 MPa; and testing the model's applicability by comparing it with results from conventional direct shear tests (DST). Should the hypothesis fail, the alternative approach aims to evaluate the reliability of multi-stage direct shear tests (MSDST) using an extensive database of numerous samples. This research determined the mineralogical-petrographic properties, uniaxial compressive strengths, friction angles, and roughness angles of 30 rock types, performed DST and MSDST under different normal stresses. It was observed that Patton's (1966) bilinear failure envelopes clustered around a normal stress of 2 MPa in 26 out of 30 rocks. Tiltmeter and profilometer tests yielded partially reliable results for constructing these envelopes. An empirical relationship with a regression coefficient of 0.92 was developed to determine the SSD. Compared to results from DST, the shear strength was generally lower following roughness trimming in MSDST.