Doğu Akdeniz bölgesinde yüzeylenen şist türü birimlerdeki anizotropinin kayacın dayanım-deformasyon özelliklerine etkisi
The effect of anisotropy on the schists outcropping in Eastern Mediterranean region in terms of the strength-deformation properties of the rock
Yazar: DEFNE KATİPOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. KIVANÇ ZORLU ARAS
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Anizotropi, kayaların sahip olduğu yönlü, fabrik ve mikroyapı ile mevcut süreksizliklerin etkisi sonucunda kazandığı, farklı yönelim açılarına göre değişik dayanım ve deformasyon özellikleri göstermesi olarak tanımlanmaktadır. Yol yarmaları ve tünel gibi karayolu projelerinde anizotropi özelliği sergileyen birimlerle karşılaşılmakta olup bu tür bir yapı gösteren kayalarda çeşitli problemler yaşanmaktadır. Bu tez çalışmasında Silifke-Alanya D400 karayolu üzerinde (143+000-143+260 km) bulunan ve şist türü anizotropik birimlerden oluşan otoyol şevi çalışma alanı olarak belirlenmiştir. Çalışma kapsamında, mevcut şevin üst kodlarında, SK-1 düşey, SK-2 30° ve SK-3 15°'lik açıyla karotlu olarak üç adet sondaj kuyusu açılmıştır. Alınan karot örnekler üzerinde ilk olarak toplam karot verimliliği (TKV), sağlam karot verimliliği (SKV), kaya kalite göstergesi (RQD) ve eklem sıklığı (FF) belirlenmiştir. RQD değerlerine göre birimin kaya kalitesi "zayıf" olarak elde edilmiştir. Anizotropi çalışmalarında değerlendirilmek üzere, sondaj kuyularından elde edilen karot örnekleri üzerinde laboratuvar deneyleri, sondaj kuyularında ise kuyu içi deneyleri gerçekleştirilmiştir. Arazide, kuyu içi deneyleri olarak; presiyometre deneyi ve basınçlı su deneyleri yapılmıştır. Basınçlı su deneyinden elde edilen Lugeon değerine göre, çalışma alanındaki şistlerin geçirimlilik sınıfı "geçirimsiz" olarak belirlenmiştir. Presiyometre deney sonuçları ile ise kaya kütlesinin elastisite modülü değerleri bulunmuştur. Laboratuvarda, birim hacim ağırlık deneyi, tek eksenli sıkışma dayanımı deneyi, nokta yükü deneyi, brazilian dolaylı çekme dayanımı deneyi ve sonik hız deneyleri yapılmıştır. Kaya malzemesinin birim hacim ağırlık değeri en önemli fiziksel özelliklerden biri olup, analizlerde girdi parametresi olarak kullanılmıştır. Nokta yükü deneyi ile örneklerin anizotropisinin belirlenmesi amacıyla 0°, 15°, 30°, 45°, 60° ve 90° yönelim açıları da dikkate alınarak zayıflık düzlemine paralel (eksenel, d//) ve zayıflık düzlemine dik (çapsal, a┴) olarak deneyler yapılarak nokta yük dayanım indeksleri hesaplanmıştır. Çapsal ve eksenel dayanımlarda elde edilen verilere göre yönelim açısı arttıkça (0°'den 90°'ye) dayanımlarda artma gözlenmiştir. Çapsal ve eksenel dayanım verileri sonucunda nokta yük dayanım anizotropisi indeksi Ia (50) >1 olarak bulunmuş olup 0°, 15°, 30°, 45°, 60° ve 90° yönelim açılarındaki örneklerin tümü "anizotrop" olarak belirlenmiştir. Kayaların nokta yük dayanım indeksi sınıflandırılmasına göre ise "Çok Düşük Dirençli Kaya Sınıfında" yer aldığı belirlenmiştir. Tek eksenli sıkışma dayanımı deneyi ile 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 90° açılarda, her bir sondaj için 0-5, 5-15, 15-20, 20-30 ve 30-40 metrelerden alınan örnekler üzerinde yapılan deneylerde, yönelim açılarının tek eksenli sıkışma dayanımı incelenmiştir. SK-1, SK-2 ve SK-3 sondaj kuyularından alınan örneklerin ayrı ayrı ortalama tek eksenli sıkışma dayanımı ve yönelim açılarıyla çizilen grafiğe göre anizotropi türü "U" tipi olarak tanımlanmıştır. "U" tipi anizotropide tek eksenli basınç dayanımının yüksek olduğu yerler: 0° ve 90° yönelim açılarında, düşük olduğu yerler ise: 30° yönelim açısında görülmüştür. Brazilian dolaylı çekme dayanım deney sonuçlarına göre, en yüksek çekme dayanımının 0° yönelimli örneklerde, en düşük dayanımının ise 90° yönelimli örneklerde olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Anisotropy is defined as the rocks, showing different strength and deformation properties, proper to the different orientation aspects they have exhibit as a result of the effect of the existing discontinuities with the anisotropic, fabric and microstructure that they have. In highway projects such as road cuts and tunnel, anisotropic unit can encountered and various problems are possible with this kind of structure. In this study, the highway slope, which is on the Silifke-Alanya D400 road (143+000-143+260 km) and which is composed of schist type anisotropic units, was selected as the study area. Three boreholes were opened in the upper float of the existing slope with the SK-1 vertical, SK-2 30° and SK-3 15° angles for this study. Firstly, the total core recovery (TCR), solid core recovery (SCR) rock quality designation (RQD) and fracture index (FI) were determined on the core samples. The rock quality of schist was determined as "poor" according to RQD. The laboratory tests are carried out on the core samples and borehole tests are performed to be evaluated in anisotropy studies. Pressuremeter and Lugeon tests were conducted as borehole tests in the field. According to the Lugeon test, the permeability class of the schists were determined as "impermeable". The modulus of elasticity of rock mass were found considering with the results of the pressuremeter tests. The tests performed in the laboratory are unit weight uniaxial compressive strength, point load, Brazilian indirect tensile strength and ultrasonic velocity analyses. The unit weight of the rock material is one of the most important physical properties of rocks and it was used as input parameter in the analyses.  In order to determine the anisotropy of the samples, the point load index was determined that are parallel to the weakness  plane (axial, d//) and straight to the weakness  plane (diametral, a┴) taking into consideration the orientation angles of  0°, 15°, 30°, 45°, 60° and 90°. According to the data obtained from diametral and axial tests, strength was also increased while the orientation angle (from 0° to 90°) increases. As a result of both tests, the point load strength anisotropy index was found as Ia (50) >1 and samples which are orientation angles 0°, 15°, 30°, 45°, 60° and 90° were determined as "anisotropic". Thus, schist units in the study area, take place "Rocks with very Low Resistivity Class" in terms of point load strength index classification of the rocks.  During uniaxial compressive strength tests, the samples which have 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 90° of orientation angles were studied. The existing samples were taken from 0-5, 5-15, 1520, 20-30 and 30-40 metres for each boring. According to the graph which is drawn cosidering with average uniaxial compressive strength versus orientation angles of the samples taken from SK-1, SK-2 and SK-3 bores, the anisotropy type was defined as "U" type anisotropy. The graph exhibited "U" type anisotropy are indicated that the higher and lower uniaxial compressive strength value of schists were found as 0° and 90° and 30° orientation angle respectively. According to the Brazilian tests results, highest tensile strength value determined of 0° while lowest of 90° orientation angle.