Farklı Kaya Türlerinde Deformasyon Süreçlerinin Sayısal Modellemesi

Gerilme altındaki kayalarda makro kırıkların gelişimi mikro ölçekte oluşan çatlaklanmaya bağlıdır. Bu çalışmada üç farklı kaya türünde mikro ölçekteki çatlakların makro ölçekteki bir kırığa dönüşünceye kadar geçirdiği deformasyon evriminin sayısallaştırılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda diyabaz, ignimbirit ve mermerlerden alınan karot örnekler üzerinde bir dizi tek ve üç eksenli sıkışma dayanımı deneyleri ile çekme deneyleri yapılmıştır. Söz konusu deneylerden öncelikle kayaların makro mekanik özellikleri olan tek eksenli sıkışma dayanımı, UCS; çekme dayanımı, UTS; Young modülü, E; Poisson oranı, v ve Hoek-Brown yenilme zarfları belirlenmiştir. Bu parametreler daha sonra ayrık elemanlar yöntemine (DEM) dayanan sayısal modellerin kalibrasyonunda kullanılmış ve bu modellerde kayalarda çatlaklanmanın başladığı (σci) ve ilerleyerek hasara yol açtığı (σcd) eşik gerilme seviyeleri tayin edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, UCS/UTS oranı 8 civarında ve m parametresi 15’den daha büyük olduğunda her üç kayada da σci ve σcd gerilme seviyeleri tek eksenli sıkışma dayanımının sırasıyla yaklaşık olarak %50’sine ve %75’ine denk gelmektedir. Tüm kaya türleri kırılgan davranış sergilemektedir ve sayısal modellerdeki mikro çatlakların %99’u tansiyon çatlağı olduğundan yenilme davranışı baskın olarak çekme mekanizmasıyla ilerlemektedir. Yükleme boyunca çok az sayıda makaslama çatlağı oluşmuştur. Model örneklerdeki kritik birim deformasyon birikme alanları alansal çatlak dağılımlarıyla ortaya koyulmuştur. Elde edilen sonuçlar DEM sayısal modelleme yaklaşımının kayalardaki mikro çatlaklanmaya bağlı deformasyon evrimini tayin etmede uygun bir yöntem olduğunu kanıtlamış ve dolayısıyla kaya mühendisliği uygulamalarında pratik bir teknik olarak kullanılabileceğini göstermiştir.