Monte Carlo simulasyonu ve kernel yoğunluk tahminleme yöntemlerinin birbirlerine entegre edilmesiyle şev duraylılığında etkili kaya kütle parametresinin tespiti
Determination of effective rock mass parameter in slope stability by integrating the Monte Carlo simulation and kernel density estimation methods
Yazar: GÖRKEM ERTUĞRUL
Danışman: PROF. DR. HAKAN AYKUL ; PROF. DR. ALPARSLAN TURANBOY
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Madencilik sektörü = Mining sector

Özet:
Şev duraylılık analizinde birçok karar verici yöntemler temelinde çeşitli yaklaşımlar geliştirilmiştir. Bu yaklaşımlar genel olarak Limit Denge Analizleri ve Nümerik Analizler karar verici olarak kabul edilmekte ve şev duraylılık analizlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, bu karar verici yaklaşımlar, sınırlı sayıda veriyi kullnılmasından dolayı olasılıklı yaklaşımlar kadar detaylı sonuçlar üretememektedirler. Bu nedenle son yıllarda olasılıklı yaklaşımlar kullanılarak şev duraylılığının değerlendirilmesindeki yönelimler artmıştır. Bu çalışmada, açık işletme madenciliğinde oluşturulan geçici şevler ile yol ve baraj gibi Kaya mühendislik yapılarında bulunan kalıcı şevlerde süreksizliklerin geometrik özellikleri ve kaya kütle parametrelerinin şev duraylılığına olan etkileri olasılıklı sınıflama yapılarak incelenmiştir. İnsana, doğaya, makine ve ekipmana zarar verme potansiyeli yüksek olan şev kayma durumlarını analiz etmek için Monte Carlo Simülasyonu (MCS) yöntemi ile Kernel Yoğunluğu Tahminleme (KYT) yöntemleri entegre edilerek, geliştirilmiş yeni olasılıklı yaklaşım öne sürülmüştür.  Bu çalışmanın amacı, geliştirilmiş bu yeni yaklaşımla şevin duraylılık durumunda olasılıklı sınıflandırmaya göre hangi kaya kütle parametrelerinin etkili olduğunu saptamaktır.
Tez çalışmasında, kısıtı olmayan, daha çok yorum yapabilme imkanı sağlayan ve ayrıntılı analizi mümkün kılan olasılık temelli bir yaklaşıma odaklanılmıştır. Bu tez çalışması kapsamında, Konya-Afyon güzergahındaki Bozdağ bölgesinde bulunan şevlerinin analizi amacıyla yapılan TUBİTAK 3189327 nolu (Turanboy, 2019) TUBİTAK PROJESİ' deki çekme dayanımı, doğal kayaç yoğunluğu, sürtünme açısı, kohezyon, kuru kayaç yoğunluğu, nokta yük dayanımı, suya doygun kayaç yoğunluğu ve tek eksenli basma dayanımı verisi dikkate alınmıştır. TUBİTAK 3189327 nolu (Turanboy, 2019) proje kapsamında, sahada kireçtaşı içeren kaya kütlelerinde yerinde ölçümlerle, dikkate değer süreksizliklerin eğim ve eğim yönünün belirlenmesi amacıyla Tarama Hattı (Scan-line) kullanılarak tetkiklere göre elde edilmiş süreksizliklerin takımlara ayrılması amacıyla DIPS 6 programı kullanılmıştır. Sonra takımlara ayrılan süreksizliklerin eğim değerleri, eğim yönü değerleri ve kaya kütle parametrelerinin (çekme dayanımı, doğal kayaç yoğunluğu, sürtünme açısı, kohezyon, kuru kayaç yoğunluğu, nokta yük dayanımı ve suya doygun kayaç yoğunluğu) değerleri, en sık kullanılan tahminleme metodu olan MCS yöntemi kullanılarak temsili değerler SPSS 26 (IBM, 2019) programıyla türetilmiş ve şev duraylılığında etkili parametrelerin sınıflaması KYT ile yapılmıştır. Böylece, şev duraylılık analizi için MCS ve KYT temelli, kaya kütle parametreleri ile süreksizlik düzlemlerinin eğim ve eğim yönlerinin etkileşimlerini olasılıklı yoğunluk fonksiyonları doğrultusunda dikkate alan yeni bir yaklaşımı geliştirilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucu örneklenen sahada, şevin duraylılığında nokta yük dayanımının diğer kaya kütle parametrelerine göre daha etkin olduğu tespit edilmiştir. 
Öne sürülen yaklaşım da kaya kütle parametrelerinin şev duraylılığına etkileri olasılıklı temelde niteliksel olarak sınıflamaları yapılmıştır. Bu sınıflamalarda, KYT ile kaya kütle parametrelerine ait küme ağları oluşturulmuş ve bu parametrelerin yoğunluklarının sayısal ve görsel sonuçları elde edilmiştir. Kinematik analizlere benzer şekilde kaya kütle parametreleri KYT' nin yoğunluk bölgelerinin şev duraylılığı analizlerinde ön tasarım verisi olabileceği öne sürülmüştür.

Abstract:
Various approaches have been developed on the basis of many decision-making methods in slope stability analysis. These approaches are generally accepted as decision makers in Limit Balance Analysis and Numerical Analysis and are widely used in slope stability analysis. However, these decision-making approaches cannot produce results as detailed as probabilistic approaches due to the limited number of data used. For this reason, trends in the assessment of slope stability using probabilistic approaches have increased in recent years. In this study, the geometric properties of discontinuities and the effects of rock mass parameters on slope stability in temporary slopes created in open pit mining and permanent slopes found in rock engineering structures such as roads and dams were investigated by probabilistic classification. A new probabilistic approach has been proposed by integrating the Monte Carlo Simulation (MCS) method and Kernel Density Estimation (KDE) methods to analyze slope slip conditions with high potential to harm humans, nature, machinery and equipment. The aim of this study is to determine which rock mass parameters are effective in the stability of the slope according to the probabilistic classification with this new approach.
The thesis focuses on a probability-based approach that has no constraints, allows more interpretation and enables detailed analysis. Within the scope of this thesis study, the tensile strength, natural rock density, friction angle, cohesion, dry rock density, point load strength, water saturation in the TUBITAK PROJECT numbered 3189327 (Turanboy, 2019), which was conducted to analyze the slopes in the Bozdağ region on the Konya-Afyon route. rock density and uniaxial compressive strength data were taken into account. Within the scope of the TUBİTAK 3189327 project (Turanboy, 2019), the DIPS 6 program was used to group the discontinuities obtained by using Scan-line in order to determine the slope and slope direction of the significant discontinuities with on-site measurements in rock masses containing limestone. Then, the slope values of the discontinuities divided into sets, the slope direction values and the values of the rock mass parameters (tensile strength, natural rock density, friction angle, cohesion, dry rock density, point load strength and water-saturated rock density) are the most frequently used estimation method, the MCS method. Using the representative values, the SPSS 26 (IBM, 2019) program has been derived and the classification of the parameters effective in slope stability is made with KDE. Thus, a new approach for slope stability analysis, based on MCS and KDE, which takes into account the interactions of rock mass parameters and dip and dip directions of discontinuity planes in line with probabilistic density functions has been developed. As a result of the studies, it has been determined that point load strength is more effective than other rock mass parameters in slope stability in the sampled area.
In the proposed approach, the effects of rock mass parameters on slope stability are qualitatively classified on a probabilistic basis. In these classifications, cluster networks of rock mass parameters were formed by using KDE and numerical and visual results of the densities of these parameters were obtained. Similar to the kinematic analysis, it has been suggested that the rock mass parameters may be preliminary design data in the slope stability analysis of the density regions of the KDE.