Süreksizliklerin statik ve dinamik koşullardaki kesme dayanımının yapay süreksizlikler yoluyla karşılaştırılması
Comparison between the shear strength of discontinuities under static and dynamic conditions using the artificially produced discontinuities
Yazar: FARHAD HABIBZADEH
Danışman: PROF. DR. KAMİL KAYABALI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Direkt kesme = Direct shear ; Süreksizlik = Discontinuity

Özet:
Kaya kütlesi davranışı kırıksız kaya davranışından çok farklıdır. Kaya kütlesinin monoton yükler altındaki dayanımını kestirebilmek nispeten kolaydır. Ancak, tekrarlı yükler altındaki dayanımını kestirmek daha zor ve karmaşık bir işlemdir. Kayalarda inşa edilecek yeraltı yapılarının tasarımında deprem etkisinin hesaba katılması için kaya kütlesinin dinamik koşullardaki davranışının bilinmesi gereklidir. Uygulamada bunun için geliştirilmiş bir yöntem bulunmamaktadır. 
Bu çalışmanın amacı kırıksız kayalardaki yapay süreksizliklerin önce monoton yükler altındaki dayanımını belirlemek; bu dayanımları daha sonra tekrarlı yükler altında belirlenen dayanımlar ile karşılaştırmak; kaya içine veya üzerine inşa edilecek yapılarda dinamik yükleme koşulları için öneriler getirmektir.
Çalışmada 9 çeşit kaya kullanılmıştır. Makro süreksizlik içermeyen küp taşlar laboratuvarda özel bir düzenekle yarılarak yapay süreksizlikler oluşturulmuştur. Her bir kaya türü için 6 farklı normal gerilme düzeyinde statik kesme deneyleri yapılmış ve yenilme zarfları elde edilmiştir. Benzer şekilde, her bir kaya türü için 6 farklı normal gerilme altında dinamik kesme deneyleri yapılmıştır.  
Elde edilen sonuçlar, test edilen süreksizliklerin tekrarlı yükler altındaki toplam sürtünme açısında statik koşullarda gerçekleştirilen deneylerden elde edilenlere kıyasla önemli bir değişim olmadığını göstermektedir. Diğer taraftan, dinamik koşullarda elde edilen temel sürtünme açılarında statik koşullarda elde edilenlere kıyasla %50'ye varan azalmlar kaydedilmiştir.
Yeraltında inşa edilecek yapılarda deprem yüklerini hesaba katmada yaklaşık 100 metreye kadar olan derinliklerde statik koşullarda belirlenen toplam sürtünme açısının deprem yüklerini hesaba katmada güvenle kullanılabileceği; daha büyük derinliklerde ise (özellikle süreksizlik dayanımının dinamik olarak tayininin zor olduğu durumlarda) deprem yüklerini hesaba katmada statik koşullarda elde edilen temel sürtünme açısının %50 veya daha fazla miktarda azaltılması gerektiği sonucu ortaya çıkmıştır.

Abstract:
Rock mass behavior is very different from that of intact rock. Estimation of the strength of rock masses under monotonic loads is relatively easy; however, the same cannot be said for the dynamic loading conditions because the estimation is more difficult and includes mere complex processes. For the structures built underground, taking the earthquake loads into account is a requirement. There is not a rigorous method established for this purpose.
The scope of this research is firstly to analyze the strength of artificial discontinuities created through intact rocks and then to compare the obtained results to those strengths obtained from dynamic loading conditions. The ultimate goal is to establish a key guide for earthquake loading on rock masses.
Nine different types of intact rock without macro–fissures were utilized for the investigation. Artificial discontinuities were created by splitting cubic rocks using a special apparatus. Each type of rock was subjected to monotonic direct shear tests under six different normal loads and their bi–linear failure envelopes were constructed. Similarly, the artificial discontinuities of the same rocks with a new set of specimens were subjected to cyclic shear tests under six different normal loads and their failure envelopes were constructed as well.
It was observed that the total friction angle for both loading conditions did not change significantly. On the other hand reductions as much as 50% or higher were observed for the "basic" friction angle for cyclically loaded circumstances compared to the monotonic conditions.
In conclusion it can be said that for the underground excavations up to 100 m depth the total friction angle obtained from the monotonic direct shear tests can be used for dynamic loading conditions safely. For the structures to be built deeper than 100 m, the basic internal friction takes into effect and the basic friction angle determined through monotonic conditions must be reduced as much as %50 to simulate dynamic loading conditions.