Anizotropik davranış gösteren metamorfik kaya kütlelerinde şev stabilitesi analizleri
Slope stability analyzes in metamorphic rock masses with anisotropic behaviour
Yazar: MEHMET ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. KAAN ERARSLAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ SUNAY BEYHAN
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Açık ocak madenciliği = Open pit mining

Özet:
Anizotropi, kayacın fabrik, mikroyapı veya mevcut süreksizliklerin etkisinde farklı yönelimlerde değişik dayanım, deformasyon vb. özellikleri göstermesidir. Anizotropik özelliğe sahip kaya kütlelerinde inşa edilen yeraltı ve yerüstü mühendislik yapılarında, genellikle tabaka düzlemlerine dik veya rastgele seçilen yönelim açıları dikkate alınarak yapılan çalışmalardan elde edilen verilerle projeler değerlendirilmektedir. Bu durum özellikle açık ocak şevlerinin emniyet katsayısı değerlerini etkilemektedir. 
Bu çalışmada, Kastamonu ili Hanönü ilçesinde bulunan Acacia Maden İşletmeleri A.Ş. bakır madeni sahasında, duraysızlığa sebep olan metamorfik kaya kütlesinin (yeşil şist ve mika şist) yönlü olarak değişen anizotropik özelliklerinin şev stabilitesine etkisi uygulamalı olarak araştırılmıştır. Sahada duraylılıkla ilgili problemlere sebep olan, yönlere bağlı olarak mekanik davranışları değişebilen, yeşil şist ve mika şist içerikli metamorfik kaya kütleleri değerlendirilmiştir. Tabaka düzlemlerine dik konumdaki kayaç özellikleri (dayanım, vb.) genellikle daha yüksek değerlerde olmaktadır. Ancak tabakalanma düzlemlerinin farklı derecelerinde kaya malzemesinin dayanım ve deformasyon gibi değerleri de farklı olabilmektedir. Bu farklılığın ortaya konulması ve anizotropinin şev stabilitesine etkisinin belirlenmesi amacıyla anizotropi düzleminin düşey ile yaptığı farklı yönelim açılarında (0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° ve 90°) deneysel çalışmalar yürütülmüştür. Bu kapsamda, yönlere göre tek eksenli ve üç eksenli sıkışma dayanımı, ultrasonik ses hızı (P ve S), dolaylı çekme dayanımı, deformasyon özellikleri (elastisite modülü) ve makaslama dayanımı değerleri (kohezyon (c) ve içsel sürtünme açısı (ϕ)) belirlenmiştir. Ayrıca, anizotropi tipi (U, dalgalı, omuz) ve derecesi (düşük, orta ve yüksek) de değerlendirilmiştir. 
Şev stabilitesi çalışmalarında genellikle Mohr-Coulomb ve Genelleştirilmiş Hoek-Brown yenilme kriterleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada, söz konusu kriterlerin yanında, "Anizotropik Lineer" ve "Snowden Modifiye Edilmiş Anizotropik Lineer" yenilme ölçütleri de kullanılmıştır. Buna göre; 60° yönelim açısında maksimum, 0°'de minimum şev emniyet katsayıları elde edilmiştir. Ayrıca, bu derecelerde yapılacak şev çalışmaları için uygun şev geometrisi de (şev yüksekliği, açısı, genişliği) belirlenmiştir.
Yönelim açısı dikkate alınarak yapılan şev stabilite analizlerinden elde edilen şev parametresi sonuçları, çalışma sahasındaki şev duraysızlıklarının önlenmesinde etkili olacaktır.
Anahtar Kelimeler: Anizotropik Lineer, Kayaç Anizotropisi, Mika Şist, Snowden Anizotropik Lineer, Yeşil Şist.

Abstract:
Anisotropy in rocks is that the rock exhibits different strength, deformation and similar properties in different orientations under the effect of fabric, microstructure or existing discontinuities. In underground and surface engineering structures built on rock masses with anisotropic properties, projects are evaluated with the data obtained from the studies, usually taking into account the orientation angles that are perpendicular to the bedding planes or randomly selected. This situation especially affects the safety coefficient values of open pit slopes.
In this study, Acacia Maden İşletmeleri A.Ş., located in Hanönü district of Kastamonu province, the effect of the anisotropic properties of the metamorphic rock mass (green schist and mica schist) that cause instability on the slope stability in the copper mine area was investigated practically. Green schist and mica schist containing metamorphic rock masses, which cause stability problems in the field, and whose mechanical behavior can change depending on the directions were evaluated. Rock properties (strength, etc.) perpendicular to the bedding planes are usually at higher values. However, at different degrees of bedding planes, the strength and deformation values of the rock material may also be different. In order to reveal these differences and to determine the effect of anisotropy on slope stability, experimental studies were carried out at different orientation angles (0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°) of the anisotropy plane with the vertical. In this context, uniaxial and triaxial compressive strength, ultrasonic sound velocity (P and S), indirect tensile strength, deformation properties (modulus of elasticity) and shear strength values (cohesion (c) and internal friction angle (ϕ)) were determined based on directions. In addition, anisotropy type (U, wavy, shoulder) and degree (low, medium and high) were also evaluated. 
Mohr-Coulomb and Generalized Hoek-Brown failure criteria are generally used in slope stability studies. In this study, besides these criteria, "Anisotropic Linear" and "Snowden Modified Anisotropic Linear" failure criteria were also used. Maximum slope safety coefficients were obtained at 60° orientation angle and minimum at 0°. In addition, suitable slope geometry (slope height, angle, width) was determined for slope studies to be carried out at these degrees.
Slope parameter's results obtained from the slope stability analyzes made by considering the orientation angle will be effective in preventing slope instability in the study area.
Keywords: Anisotropic Linear, Green Schist, Mica Schist, Rock Anisotropy, Snowden Anisotropic Linear.