Düşük dayanımlı kayalarda yüzey pürüzsüzlüğünün ıslak kararlılık indisine etkisi
The influence of surface roughness on slake durability index for low-strength rocks
Yazar: ERSİN KOLAY
Danışman: DOÇ.DR. KAMİL KAYABALI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2004
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Yerkabuğunun üçte birini kil içeren kayalar oluşturmaktadır. Kil içeren, zayıf-orta zayıf dayanımlı kayalarda karşılaşılan başlıca mühendislik sorunları; kavlama, erozyon, şev duraysızlığı, oturma ve dayanım azalmasıdır. Bu tip kayaların mühendislik sınıflarını ve davranışlarını ortaya koymak için bazı özellikleri araştırılmalıdır. Bu özelliklerden, birisi ıslak kararlılıktır. Islak kararlılık deneyinde, iki standart ıslanma-kuruma devrine tabi tutulan kaya numunelerinin zayıflama ve ayrılıp suda dağılmaya karşı gösterdiği direnç belirlenmektedir.Literatürde ıslak kararlılık deneyi ile ilgili çalışmaların bir kısmında araştırmacılar, ıslak kararlılık deneyinden faydalanarak kayaların ıslanma-kuruma durumundaki davranışlarını ortaya koymuşlar ve kayaları daha iyi tanımlamaya çalışmışlardır. Bir kısım araştırmacılar da, Franklin ve Chandra (1972) tarafından geliştirilen ıslak kararlılık deneyinin uygulanma şeklini irdelemişler ve deney sonuçlarını etkileyen parametreleri ortaya koymuşlardır (kayaların mineralojik bileşiminin etkisi, döngü sayısının etkisi, deney çözeltisinin etkisi gibi). Bu çalışmada ise, farklı cins kayalardan (marn, killi kireçtaşı, tüf, kumtaşı, bozuşmuş granit), farklı yüzey pürüzlülüğüne sahip agregalar hazırlanmış (köşeli, yarı köşeli, yuvarlak) ve her grupta dört döngülü ıslak kararlılık deney yapılarak, agrega yüzey pürüzlülüğünün ıslak kararlılık indeksine etkisi araştırılmıştır. Kayaların ıslak kararlılık indeksi değerleri Üzerinde, incelenen kaya cinslerinin, agrega yüzey pürüzlülüğünün, yapısal özelliklerin ve kaya içerisindeki mineral dağılımının etkili olduğu belirlenmiştir. Masif yapılı, Iaminalanma ve tabakalanma göstermeyen kayalarda yuvarlatılmış ve köşeli (pürüzlü) yüzeye sahip agregalarm deney sonuçlan birbirinden oldukça farklı değerlerde çıkmaktadır. Tabakalı- laminalı kayalarda agrega yüzey pürüzlüğünün deney sonuçlan üzerinde belirleyici bir etkisi olmadığı gözlenmiştir. İri taneli kayalar olarak gruplandınlan kumtaşı, töf ve bozuşmuş granit türü kayalarda agrega yüzey pürüzlülüğünün ıslak kararlılık indeksi Üzerindeki etkisi, ince taneli kayalardan (marn, killi kireçtaşı) daha fazla olmuştur. Tüm kayalarda yuvarlak profile sahip grupların ıslak kararlılık indeksi (la) sonuçlan arasındaki farklar oldukça az çıkarken, yan köşeli ve köşeli gruplarda U değerleri daha geniş aralıklarda yayılmaktadır. Ayrıca, kaya gruplannda çoğunlukla yuvarlak agregalann U değerleri ile kuru yoğunluk (p<ı) ve nokta yükü dayanımı (l^sn) arasında daha yüksek korelasyon değerleri oluşmaktadır. Bu sebeple, ıslak kararlılık deneyi ortalama fraktal boyutu 1.030 olan agregalarla yapıldığında, agregalann pürüzlülüğünden kaynaklanacak hatalar büyükölçüde ortadan kaldırılmış olacaktır. Özellikle iri taneli kayalar grubunda, köşeli agregalarla yapılmış deneylerden elde edilen ıslak kararlılık indekslerinin (I^m), lam = 0,86161^^34,562 dönüşüm fonksiyonuyla, yuvarlatılmış agregalardan elde edilebilecek ıslak kararlılık indekslerine (Imn) dönüştürülmesi durumunda, agregalann köşeli olmasmdan-kaynaklanacak hatalar belirli ölçülerde (R2=0.92) giderilebilmektedir. Regresyon model çalışmalannda kayaların iç değerleri bağımlı, fraktal boyut (D), I^mj ve pd değerleri bağımsız değişkenler olarak seçilmiştir. Aynca bağımsız değişkenlerin arasındaki etkileşimlerin (D*I,(50), D* pa, Pd« ls(5o)) oluşturulacak modele etkisi araştırılmıştır. Her iki grup kayada oluşturulan modellerde fraktal boyutun Ia değerleri üzerinde etkili bir parametre olduğu görülmüştür. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar on noktadan alınan ve yukanda belirtilen kayalar için geçerlidir. Farklı türlerdeki pek çok kaya üzerinde benzer çalışmalar yapılarak bu kayalarda agrega yüzey pürüzlülüğünün ıslak kararlılık indisine etkisi araştınlmalıdır.ANAHTAR KELİMELER: Islak kararlılık deneyi, yüzey pürüzlülüğü, fraktal boyut, kil içeren kaya.

Abstract:
Clay-bearing rocks form two third of the Earth's Crust The engineering problems encountered with weak and moderately weak clayey rocks are lowering of slaking, erosion, slope stability, settling and loading strength. A number of tests are applied for revealing the engineering classes and behavior of such clayey rocks. One of such tests is the slake durability. By this test, the rocks are to be subjected to the two standard wetting-drying stages and examination of the weakening they experience and subsequent resistance they show against dissipation in water. In some of the literature concerning slake durability experiments, the researchers displayed the characteristics of these rocks and tried better understanding their nature by taking the advantage of this test Some of the researchers have evaluated the applicability of Franklin and Chandra's (1972) slake durability experiment and put forward the parameters affecting the outcome of this test such as the effects of mineralogical composition, number of cycles and trie solution used in experiment In the current research, aggregates having different surface roughness (angular, sub-angular and rounded) were prepared from different kind of rocks (marl, clayey limestone, sandstone, tuff and weathered granite); each group was tested by four cycled slake durability experiment and the effect of the slake durability index was investigated. The results showed that the investigated rock type, surface roughness of the aggregate, structural characteristics and the pattern of distribution of the constituting minerals have affected the values of the slake durability index of these rocks. The aggregates prepared from rocks of massive structure with neither lamination nor bedding showed quite different results.The surface roughness of the aggregates prepared from bedded-laminated rocks have no decisive effect on the test results. The effect of surface roughness of aggregates on the slake durability index was higher in the coarse-grained rock groups, sandstone, tuff and weathered granite than those of the finer-grained rock group, marl and clayey limestone. The difference in U values of all rocks with rounded outlines was very low; meanwhile, the sub-rounded and rounded groups showed wider ranges. Furthermore, the rounded aggregates among the rock groups showed higher correlation values between U and those of pd and Is (J()). For this reason, when the slake durability test is performed on the aggregates with average fractal dimension of 1.030, the errors caused by the roughness of these aggregates would be widely eliminated. When the regression function I^yi " 42.4 l*ln (ld2tk)) - 96.375 of the slake durability index law obtained particularly from experimenting angular aggregates within the coarse-grained group of rocks is transformed into slake durability index I,e