Tünel mühendisliğinde kayanın gevşeme modülünün araştırılması
The Investigation of loosening modülüs of rock in tünnel engineering
Yazar: YILMAZ MAHMUTOĞLU
Danışman: PROF.DR. MAHİR VARDAR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Doktora, 1995
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Kayalar = Rocks ; Tüneller = Tunnels

Özet:
ÖZET TÜNEL MÜHENDİSLİ?İNDE KAYANIN GEVŞEME MODÜLÜNÜN ARAŞTIRILMASI Yerkabuğunda kaya genelde üç eksenli gerilmelerin etkisi altındadır. Tek eksenli gerilme durumuna doğal ortamlarda rastlamak hemen hemen olası değildir. Ancak, bu tip ortamlarda teknik kazılar kayanın doğal haldeki üç eksenli gerilme durumundan uzaklaşmasına neden olmakta ve bunun sonucunda stabilite problemleriyle karşılaşılabilmektedlr. -' Bu çalışmada; kırılmaya bağlı olarak oluşan iıielastik hacim deformasyonu ile gevrek kayada meydana gelen direnç kayıplan arasındaki ilişki ortaya konarak tanımlanmıştır. Kayada kırılma aşamasında meydana gelen fiziksel hacım artışlannın kaya direnci ile olan ilişkisi (oı = f (AVA/,03) saptanarak kaya mekaniğinde yeni bir kavram sayısal deney sonuçlanna bağlı olarak tanımlanmıştır. Gevşeme deneyleri laboratuvarda servo kontrollü MTS yükleme sistemine eklenen elektrohidrolik hacim ölçme aleti (MJKM-VSME) yardımıyla, sabit çevre gerilmeleri altında yapılmış ve deneyler süresince elde edilen analog sinyaller (AP, AL, AV) hazırlanan özel yazılım programı ve analog dijital çevirici kart kullanılarak bilgisayara aktarılmış ve değerlendirilmiştir. Çalışma; farklı iki grup mermer örneği (U ve M grubu) üzerinde yürütülmüştür. Deneylerde kırılma anına kadarki deformasyon hızı lO^sn'1 ve kırılma anından sonraki kesim için 2.10"5sn"1 alınmıştır, ölçülen gerilme ve birim boy değişimi büyüklüklerinin hassasiyeti % 1, hacim deformasyonu hassasiyeti ise 0.025cm tür. Çalışma sonucunda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Kırılma aşamasında kayada meydana gelen hacim artışlan kaya direncinde kayıplara neden olmaktadır (Aa, = f(AV/V ). Kırılma sonrası (post-failure) davranış bölgesinin belirli bir kısmında birim hacim artışları (8) ile direnç azalımları arasında lineere yakın bir ilişki vardır. Kaya için bu ilişki Gevşeme Modülü (Aaı = f(AV/V, 03) olarak tanımlanmıştır. Elde edilen deney sonuçlan Gevşeme modülünün 03 ün artmasına bağlı olarak azaldığını ortaya koymaktadır. Bunun teknik anlamı ise 03 ün artmasına bağlı olarak kayanın dayanımının arttığı ve oluşan hacim artışlarının daha az direnç kayıplanna neden olacağıdır. Yukandaki nedenlerden dolayı sığ yeraltı kaya yapılarında meydana gelen konverjanslann ani stabilite bozukluklarına neden olabileceği buna rağmen yer kabuğunun derin kısımlarında belirli orandaki konverjans (fiziksel gevşeme) lann stabilite açısından sakınca oluşturmayabileceği sonucu ortaya çıkmaktadır. Kazı civanndaki kayanın mümkün olan en kısa sürede üç eksenli gerilme durumuna getirilmesi kayanın direnci ve açılan boşluğun stabilitesi açısından önemle dikkate alınması gereken bir durumdur. XI

Abstract:
SUMMARY THE INVESTIGATION OF LOOSENING MODULUS OF ROCK IN TUNNEL ENGINEERING Studies that are related to the mechanical behaviour of rock are both interests of earth sciences land other engineering disciplines. As a result, the quantity, quality and the variety of theoretical and experimental studies on rock behaviour are rapidly increasing. In the earth's crust, rock is generally under triaxial stresses and it is not possible to encounter uniaxial stress condition in the natural environment of rock except some special cases. However, structure and texture of disturbed rocks around the underground openings lose their primary state of stress conditions resulting an increase in the volume of rock around the openings and surface geotecnical structures. Consequently, a loosening ring of rock (plastic zone) develops around the excavation and the bearing capacity of rock in this region decreases with time. Instability problems which arise around underground openings involve high cost during repair work and are time consuming. For these reasons, it was found a feasible approach to investigate the mechanical behaviour of loosening rock with experimental studies in laboratory. Generally, experimental studies carried out on different kind of rock samples and material to investigate the mechanical behaviour take into account the stress-strain relationship, o=f(e). However, failure of brittle rock occurs abruptly and it is often difficult to identified the post-failure regions on stress- strain curves. But it is very important to investigate and evaluate post-failure region of stress-strain curve for understanding the fractured rock behaviour. Clearly the rocks where engineering structures are placed currently, contain many types and different frequency of fractures, and behave as a brittle material initially. Therefore, the investigations are increased in recent years for the study of post-failure properties of rocks This study takes into consideration and discuss the relationships between decrease in bearing capacity and loosening (volumetric strain) in post-failure regions by means of triaxial compression test results on marble samples. xu