Siirt Madenköy açık ocak maden işletmesinde meydana gelen kütle hareketlerinin geriye dönük deterministik ve olasılıksal duraylık analizi
Deterministic and probabilistic stability back analysis of mass movement occured in open mine pit in Madenkoy-Siirt
Yazar: OKAN KARAKOÇ
Danışman: DOÇ. DR. ENVER VURAL YAVUZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Mühendislik jeolojisi = Engineering geology ; Siirt-Şırvan-Madenköy = Siirt-Şırvan-Madenköy ; Şev kararlılığı = Slope stability ; Şev kaymaları = Slope failures ; Şevler = Slopes

Özet:
Siirt İli, Şirvan İlçe sınırları içindeki Madenköy'de bulunan Bakır Madeni Açık Ocak İşletme Alanı'nda yapılmış olan bu çalışmada öncelikle; çoklu karar seçenekleri sunan aşamalarda veri sayısallaştırmasıyla, mühendislik jeolojisi verilerinin ele alınması aracılığı ile çevresel koşulların kütle hareketliliğine etkisinin anlaşılması ve değerlendirilmesi amaçlanmıştır. 
Çalışma alanı Siirt'in 25 km kadar kuzeydoğusunda bulunan Şirvan ilçesine 19 km mesafedeki Madenköy yerleşkesinin bir kısmını da içeren bir bölgede bulunmaktadır.
Açık maden ocaklarında karşılaşılan jeolojik problemler arasında, kütle hareketleri en çok dikkat edilmesi gereken konulardan biridir. Maden işletmelerinde, bu faktörün ekonomik ve güven teşkil eden seviyelerde kontrol altında tutulması son derece önemlidir. Çalışma alanı olan Madenköy açık ocak bakır işletmesinde, 2016 yılı Kasım ayında meydana gelmiş olan, büyük maddi kayıplara ve insan kaybına sebebiyet veren büyük bir kütle hareketinin yaşanmasında etken olarak değerlendirilebilecek unsurlar, duraylılığa etki eden en önemli faktörlerden yağış durumu ve jeolojik yapı olarak belirlenmiştir. Doğal koşullar altında, jeolojik koşullara bağlı davranışların tamamen homojen olarak dağılım gösteremeyebileceği göz önünde bulundurularak, ilgili alanda tespit edilen parametrelere bağlı öngörülen davranışların değişkenlik göstereceği ihtimali dikkate alınmış ve bu bağlamda bir analiz yapılmıştır. RocScience RS (Slide 2) yazılımı kullanılarak ortaya koyulmuş olan olasılıksal şev stabilitesi analizleri ile açık maden işletmesindeki ön araştırmalarda elde edilmiş olan mühendislik verilerinin, bölgedeki birimlerin istisnai lokasyonlarında gösterebileceği sapma mertebesindeki jeoteknik değerlerinin, bölgede ne tür etkiler yaratabileceği belirlenmeye çalışılmıştır. Kayma zonu sayısal kavramsal kesiti üzerinde, analiz amacı doğrultusunda şev stabilitesi, deterministik ve olasılıksal olmak üzere iki farklı yöntemle incelenmiş ve bu yöntemler çerçevesinde mevcut yenilme kriterleri ve ilgili parametrelere bağlı olarak elde edilen güvelik katsayıları ile yenilme olasılıkları incelenmiştir.
Çalışma alanında, açık ocak maden işletmesinin şev yamaçlarında, en üstte bulunan yamaç molozunun yıllık yağış miktarı ile ilişkili şekilde yüksek doygunluk gösterdiği gözlenmektedir. Burada, bölgedeki sayısal kavramsal kesit incelendiğinde, esas litolojik birimler olan kireçtaşı, dolomit, spilit, altere spilit, porfiri spilit gibi birimlerin duraylı olduğu, bir örtü niteliğinde en üstte bulunan yamaç molozunun ise stabil olmadığı ve yenilmenin gerçekleştiği birim olduğu izlenmektedir. Uygulanan olasılıksal şev stabilite analizinde seçilen odak parametreler kohezyon (kPa), içsel sürtünme açısı (ϕ) ve birim hacim ağırlık (kN/m3) olarak belirlenmiştir. Bu değerler, deterministik (Global Minimum) ve olasılıksal (Overall Slope) yaklaşımlarla analizler sonucu, tespit edilen mevcut değerlerden artı ve eksi yönlerde %33 sapma yapacak kadar heterojenlik göstereceği varsayılarak tanımlanmıştır. Analizler, 1000 farklı senaryoda, sapma değerleri normal dağılım gösterecek şekilde ayrı ayrı güvenlik katsayılarını hesaplayarak, yenilmenin gerçekleştiği senaryoları toplam senaryo sayısına oranlayarak yenilme ihtimalini ortaya çıkarmaktadır.
Yürütülen tüm analizler ışığında görülmektedir ki, sayısal kavramsal kesitte gözlenen geometri ve birimler göz önünde bulundurulduğunda, yamaç molozu biriminin mevcut özellikleri üzerinde %33 daha olumlu koşular varsayıldığında dahi tüm senaryolarda yenilme gerçekleşmektedir. 
Heterojenlik veya çevresel koşullardaki değişimler gibi birtakım sebeplerle, güvenlik katsayısı değerinin 0.53 ve 0.91 arasında sapma gösterebileceği tespit edilmiştir. %33 sapma paylarıyla dahi şevin yamaç molozu biriminde yenilme gösterdiği görülmektedir.  Bu noktada, parametre sapma payları dikkate alındığında, şevin güvenlik katsayısı değerinin jeomekanik davranışların heterojenlik gösterebileceği ihtimalinde, doğrudan ölçülen değerler ile elde edilen güvenlik katsayısına göre sapma payı içeren yaklaşımlarda daha düşük bir değere ulaşılmıştır. Bölgede meydana gelmiş olan iş kazaları göz önünde bulundurulduğunda, teorik olarak varsayılmış parametrik değer sapmalarının, gerçekte de meydana geldiği düşünülebilmektedir.

Abstract:
This study was carried out in the Copper Mine Open Mine Area located in Madenköy in Siirt Province, Şirvan District. It is aimed to understand and evaluate the effect of environmental conditions on mass mobility through data digitization and engineering geology data at the stages that offer multiple decision options.
The study area is located in Sirvan District of Siirt province. Open pit mining activities are carried out in an area that also includes a part of the Madenköy campus, which is located 25 km NE of Siirt and 19 km from the town of Şirvan.
Among the geological problems encountered in open pit mines, mass movements are one of the most important issues. In mining operations, it is extremely important to keep this factor under control at economic and trustworthy levels. In the Madenköy open pit copper mine, which is the study area, a large mass movement occurred in November 2016, causing material and human losses. It is aimed to determine the amount and extent of variability that can be seen depending on the effective factors, precipitation and geological structure, which are the most important factors affecting stability, and to reveal the conditions and geotechnical data ranges that are risk factors. Considering that under natural conditions, geological conditions may not be completely homogeneous in the entire volume of a geological unit, a retrospective analysis was made in this context. With the probabilistic slope stability analyzes made using RocScience RS (Slide 2) software, it has been revealed what kind of effects the geotechnical values of the deviation range that can be caused by the engineering data obtained in the preliminary researches in the open mining operation, in the exceptional locations of the units in the region.
Rocscience Slide2 is a 2D limit equilibrium slope stability analysis program for assessing the factor of safety or probability of failure of failure surfaces in soil or rock slopes and analyzes the stability of slip surfaces using vertical slice or non-vertical slice limit equilibrium methods. With this program, each slip surface can be analyzed or search methods can be applied to find the critical slip surface for a particular slope. Deterministic to determine the factor of safety or probabilistic analysis to determine the probability of failure can be done.
On the numerical conceptual section of the slip zone in the study area, slope stability was investigated with two different approaches, deterministic and probabilistic, by means of the "Rocscience Slide2" program, for the purpose of analysis. Within the framework of these methods, the current failure criteria and the safety coefficients obtained depending on the relevant parameters and the probability of failure were observed.
For the purpose of retrospective analysis on the slip zone section, slope stability was investigated with two different methods as deterministic and probabilistic. The failure probabilities were observed with the safety coefficients obtained depending on the existing failure criteria and related parameters within the framework of these methods.
In the study area, on the slopes of the open pit mine in Siirt Madenköy, it is observed that the topmost slope debris shows high water saturation in relation to the annual precipitation trends. In this regard, when the geological section in the region is examined, it is observed that units such as limestone, dolomite, spilite, altered spilite, porphyry spilite, which are the main lithological units, show high stability, while the topmost slope debris as a cover shows a high amount of instability and is the unit where failure takes place in all relevant scenarios. Considering the factors affecting the failure probability under current conditions, the focus parameters selected in the applied probabilistic slope stability analysis were determined as cohesion (kPa), internal friction angle (ϕ) and unit volume weight. These values were analyzed as deterministic (global minimum) and probabilistic (overall slope) approaches, and probabilistic deviations were defined assuming that they would show heterogeneity enough to deviate 33% in plus and minus directions from the detected current values. The analysis reveals the probability of failure by calculating the safety coefficients separately in 1000 different scenarios, with deviation values showing normal distribution, by proportioning the scenarios where failure occurs to the total number of scenarios.
In the light of all the analyzes carried out, it can be seen that, considering the geometry and units observed in the section, failure occurs in all scenarios, even when 33% more favorable conditions are assumed on the existing features of the slope debris unit.
It has been determined that the safety coefficient value may deviate between 0.53 and 0.91 due to some reasons such as heterogeneity or changes in environmental conditions. It is seen that the slope shows failure in the talus unit even with 33% deviation margins. At this point, considering the parameter deviation margins, in the possibility that the geomechanical behavior of the slope's safety coefficient value may show heterogeneity, a lower value has been reached in the approaches that include a deviation margin compared to the safety coefficient obtained with the directly measured values. Considering the occupational accidents that have occurred in the region, it can be thought that the theoretically assumed parametric value deviations actually occur.
In this study, the purpose of performing probabilistic analysis and deterministic analysis together is to examine whether the designed geometry can maintain its stability in the predicted design in anomaly situations, in the light of the possibility that neither absolute homogeneity can be observed in real conditions, and that the current environmental conditions may change.
In the light of all the analyzes carried out, it can be seen that, considering the geometry and units observed in the numerical conceptual section, failure occurs in all scenarios, even when 33% more favorable conditions are assumed on the existing features of the talus unit.
In the light of the available information, it has been determined that the safety coefficient value may deviate between 0.53 and 0.91, while the safety coefficient obtained from the direct values is 0.72 in the established conditions, due to some reasons such as heterogeneity or changes in environmental conditions. It is seen that the slope shows failure in the talus unit even with parametric deviation margins. At this point, considering the parameter deviation margins, it is observed that the safety factor value of the slope changes in case the geomechanical behaviors may show heterogeneity. Approaches that take into account the margin of deviation according to the safety coefficient obtained with the directly measured values have reached lower values. Considering the occupational accidents that have occurred in the region, it can be thought that the theoretically assumed parametric value deviations actually occur.