Akustik Emisyon (AE) tekniÛi: 2- AE tekniÛiyle TŸrkiyeÕde arazi gerilmelerinin belirlenmesi konusunda bir šn inceleme
Acoustic Emission (AE) technique: 2 Ð A preliminary investigation on the determination of in-situ stresses by AE technique in Turkey
ErgŸn TUNCAY, Reßat ULUSAY
Hacettepe †niversitesi, Jeoloji MŸhendisliÛi BšlŸmŸ, 06532 Beytepe, ANKARA
Hidehiko WATANABE, Hisataka TANO
Nihon †niversitesi, Ünßaat MŸhendisliÛi BšlŸmŸ, Koriyama, JAPONYA
…mer AYDAN
Tokai †niversitesi, Deniz Ünßaat MŸhendisliÛi BšlŸmŸ, Shimizu, JAPONYA
ErdoÛan Y†ZER
Üstanbul Teknik †niversitesi, Maden FakŸltesi, Jeoloji MŸhendisliÛi BšlŸmŸ, ÜSTANBUL
…Z
Arazi (in-situ) gerilmelerinin bŸyŸklŸklerinin, yšnelimlerinin ve daÛÝlÝmlarÝnÝn belirlenmesi, yeraltÝ a•ÝklÝklarÝnÝn du- raylÝlÝÛÝ, destek sistemlerinin tasarÝmÝ, kaya patlamalarÝnÝn šnceden kestirimi ve ßev duraylÝlÝÛÝ gibi mŸhendislik uy- gulamalarÝnÝn yanÝ sÝra, depremlerin yorumlanmasÝ a•ÝsÝndan da olduk•a bŸyŸk bir šnem taßÝmaktadÝr. Arazi ge- rilmelerinin belirlenmesi i•in šnerilen kuramsal yaklaßÝmlarÝn yanÝ sÝra, hidrolik •atlatma, gerilim boßaltma ve geri- lim dengeleme gibi arazi deney yšntemleri bulunmaktadÝr. AyrÝca, maliyeti daha dŸßŸk olan Akustik Emisyon (ya- yÝlma) (AE) yšntemi, kŸresel konumlama sistemine (GPS) dayanan yšntem ve fay •iziklerinden gerilmeyi belirle- me yšntemi gibi yšntemlerden de yararlanÝlmaktadÝr. DiÛer arazi deney yšntemlerine gšre daha pratik ve maliye- tinin dŸßŸk olmasÝ, ayrÝca bazÝ yšntemlerdeki sÝnÝrlamalarÝ i•ermemesi nedeniyle, AE tekniÛinin kullanÝmÝyla ilgili
•alÝßmalar šzellikle son on yÝlda Japonya ve ABDÕde yaygÝnlaßmÝßtÝr. TŸrkiyeÕde •ok sayÝda bŸyŸk kaya mŸhen- disliÛi yapÝsÝ bulunmasÝna raÛmen, gerilmelerin yerinde belirlenmesi i•in ger•ekleßtirilen arazi deneyi yok denecek kadar azdÝr. Bu •alÝßmada šncelikle, AE tekniÛinin gerilmelerin belirlenmesinde kullanÝmÝ anlatÝlmÝß, yaygÝn olarak kullanÝlan diÛer yšntemlerle kÝsaca karßÝlaßtÝrÝlmÝß, yšntemden elde edilen sonu•larÝ etkileyen faktšrler ve yšnte- min sÝnÝrlamalarÝ tartÝßÝlmÝßtÝr. AyrÝca, TŸrkiyeÕdeki •eßitli a•Ýk ißletmelerden, tŸnel, yeraltÝ ißletmeleri ve taß ocak- larÝndan elde edilmiß kaya bloklarÝndan laboratuvarda alÝnan yšnlŸ karotlar Ÿzerinde yapÝlan AE deneylerinden el- de edilen bulgular sunularak yorumlanmÝßtÝr. Elde edilen sonu•lara gšre, TŸrkiyeÕde farklÝ yerler i•in AE tekniÛin- den belirlenen dŸßey gerilmelerin bazÝlarÝ, kuramsal olarak hesaplanan šrtŸ tabakasÝ gerilmeleriyle benzerlik gšs- terirken, bazÝlarÝ olduk•a farklÝ •ÝkmÝßtÝr. AyrÝca AE yšntemiyle TŸrkiyeÕdeki šl•Ÿm yerleri i•in belirlenen ortalama yatay gerilmelerin dŸßey gerilmelere oranlarÝ, dŸnyanÝn •eßitli yerlerinde yapÝlan yerinde deneylerden elde edilen sonu•larÝn alt sÝnÝrÝna yakÝn konumda yer almÝßtÝr.
Anahtar kelimeler: Akustik emisyon (AE), arazi gerilmesi, Kaiser etkisi.
ABSTRACT
Determination of the magnitude, orientation and distribution of in-situ stresses has a prime importance in engine- ering applications such as stability of underground openings, prediction of rock bursts, slope stability, and also for the interpretation of earthquakes. In addition to theoretical approaches for the determination of in-situ stresses, so-
E. Tuncay
E-mail: etuncay@hacettepe.edu.tr
GÜRÜÞ
Arazi gerilmelerinin belirlenmesi i•in, baßta ku- ramsal yaklaßÝmlar olmak Ÿzere, bazÝ arazi de- neyleri ve dolaylÝ yšntemler kullanÝlmaktadÝr.
YerkabuÛunun karmaßÝk bir yapÝya sahip olma- sÝ, kuramsal yaklaßÝmlarÝn gŸvenilirliÛini ciddi olarak azaltmakta ve šzellikle TŸrkiye gibi enge- beli bir topoÛrafyaya sahip ve aktif tektonik bšl- gelerdeki mŸhendislik yapÝlarÝnÝn tasarÝmÝnda arazi deneylerinden yararlanÝlmasÝnÝ zorunlu kÝl- maktadÝr. Arazi gerilmelerinin šl•Ÿlmesi amacÝy- la ISRM (Kim ve Franklin, 1987) tarafÝndan, yas- sÝ kriko, hidrolik •atlatma, USBM ve CSIRO ge- rilim boßaltma yšntemleri šnerilmektedir. Bu- nunla birlikte, šzellikle gerilim boßaltma yšntem- lerinde bazÝ gelißmeler kaydedilmiß olup, yarÝm kŸre ve koni ßekilli deformasyon šl•erlerin kulla- nÝldÝÛÝ gerilim boßaltma yšntemleri de gelißtiril- mißtir (Kobayashi vd., 1991 Ð Amadei ve Step- hansson, 1997Õden; Sugawara ve Obara 1995 ve 1999). Bu yšntemlerin yanÝ sÝra, faylanma mekanizmasÝ (odak mekanizmasÝ) •šzŸmŸ, kŸ- resel konumlama sistemine (GPS) dayanan yšntem ve fay •iziklerinden gerilmeyi belirleme yšntemi gibi dolaylÝ yšntemler de kullanÝlmakta- dÝr.
Bir yerde gerilme šl•ŸmŸnden ama•, o yerde šl-
•Ÿlen eksen yšnlerindeki gerilme tansšrŸnŸn bi- leßenlerinin belirlenerek asal gerilmelerin he- saplanmasÝ, ya da doÛrudan asal gerilmelerin belirlenmesidir (Þekil 1). Genellikle dŸßey bir sondaj deliÛi i•inde ger•ekleßtirilen hidrolik •at- latma deneyinde en bŸyŸk ve en kŸ•Ÿk yatay
gerilmeler belirlenmekte, dŸßey arazi gerilmesi ise deneyin yapÝldÝÛÝ derinlik ve šrtŸ tabakasÝnÝn birim hacim aÛÝrlÝÛÝ dikkate alÝnarak hesaplan- maktadÝr. Bu deneyde ayrÝca, asal gerilmeler- den birinin dŸßey yšnde etkidiÛi varsayÝlmakta ve deneyden belirlenen en bŸyŸk ve en kŸ•Ÿk yatay gerilmeler diÛer asal gerilmeler olarak de- Ûerlendirilmektedir. Ancak, šzellikle yerkabuÛu- nun yŸzeye yakÝn kÝsÝmlarÝnda topoÛrafyadaki deÛißkenliÛin arazi gerilmeleri Ÿzerinde olduk•a etkin olduÛu ve dolayÝsÝyla asal gerilmelerin yšnlerinin de olduk•a farklÝlÝk gšsterdiÛi bilin- mektedir (Amadei ve Stephansson, 1997). Bu nedenle, topoÛrafyanÝn deÛißkenlik gšsterdiÛi bšlgelerde dŸßey bir sondajda ger•ekleßtirilen hidrolik •atlatma deneyinden elde edilen sonu•- lar yatay dŸzlemdeki en bŸyŸk ve en kŸ•Ÿk ge- rilmeleri vermektedir. Ancak, šzellikle yŸzeye yakÝn kesimler icin, elde edilen bu gerilmeler Ÿ•
asal gerilimden ikisine karßÝlÝk gelmemektedir.
Buna karßÝn, yatay veya eÛimli olarak a•Ýlan be- lirli sayÝdaki sondajda hidrolik •atlatma deneyle- ri ger•ekleßtirilerek gerilme tansšrŸnŸn tŸm bile- ßenlerinin belirlenmesi mŸmkŸn olabilmektedir.
Ancak uygulamada genellikle dŸßey sondajlar- da hidrolik •atlatma deneyi yapÝlmaktadÝr. Bu- nunla birlikte, •ok derin yerlerde diÛer yšntemle- rin kullanÝmÝ mŸmkŸn olamadÝÛÝndan, hidrolik
•atlatma tekniÛi gŸnŸmŸz koßullarÝnda bu derin- liklerde uygulanabilen tek deney olma šzelliÛini taßÝmaktadÝr. YeraltÝ a•ÝklÝklarÝnda uygulanan gerilim dengeleme yšntemlerinden yassÝ kriko deneyinde, gerilme tansšrŸnŸn sadece bir tek normal bileßeninin belirlenmesi mŸmkŸn olabil- mektedir. Bu deneyden belirlenen gerilme deÛe- me in-situ testing methods such as hydraulic fracturing, overcoring and stress compensating method are being employed. Besides, the cheaper techniques including Acoustic Emission (AE) method, the methods based on glo- bal positioning system(GPS) and fault striations are also utilized. Because the AE method is cheaper and simpler when compared to other in-situ testing methods and does not have some limitations which are involved by some other methods, investigations on this method became more common particularly in the last decade in USA and Ja- pan. Although many rock engineering structures exist in Turkey, there is no considerable amount of in-situ stress measurements. In this study, firstly the use of AE technique for in-situ stress measurements, comparison of the technique with the other commonly employed methods, the factors affecting the results from AE measurements and limitations of the method are briefly discussed. In addition, the results of the AE tests obtained from the orien- ted core specimens, which are extracted from the blocks sampled from various open pit and underground mines, tunnels and quarries in Turkey, are presented and assessed. The results reveal that there are some similarities between the vertical stresses determined from the AE technique and theoretically calculated overburden stresses by using depth and unit weight of the rocks, while some of them show evident differences. In addition, the ratios of average horizontal and vertical stresses calculated from the AE measurements in Turkey take place at the lo- wer bound of those obtained from in-situ stress measurement at the different parts of the world.
Key words: Acoustic emission (AE), in-situ-stress, Kaiser effect.
ri ise, birincil gerilme olmayÝp, šl•ŸmŸn yapÝldÝÛÝ bšlgedeki kazÝ yŸzeyine paralel konumdaki, yassÝ kriko dŸzlemine dik olarak etkiyen normal gerilmeyi temsil etmektedir. Tinchon (1986;
Amadei ve Stephansson, 1997Õden) ile Pinto ve Cunha (1986; Amadei ve Stephansson, 1997Õden), yassÝ kriko deneyinin tŸnel •eperin- de farklÝ yšnlerde uygulanmasÝyla birincil geril- me tansšrŸnŸn tŸm bileßenlerinin belirlenebile- ceÛini ifade etmektedirler. Bunun i•in yassÝ kriko deneyine ait šl•Ÿm noktalarÝndan elde edilen ikincil gerilmeler tŸnelin ßekli gšzšnŸnde bulun- durularak geri •šzŸmlemeye tabi tutulurlar. Ye- raltÝ a•ÝklÝklarÝnda uygulanan gerilim boßaltma yšnteminde ise, tŸm gerilme bileßenlerinin belir- lenmesi yarÝmkŸre veya konik u•lu deformasyon šl•erler kullanÝlarak mŸmkŸn olmakla birlikte, si- lindirik olarak a•Ýlan tek bir delikte ise mŸmkŸn olamamaktadÝr. Bu deney, genellikle tŸnel duva- rÝnda a•Ýlan deliklerde uygulanmaktadÝr. Deney-
de birincil gerilmelerin belirlenebilmesi i•in, delik uzunluÛunun tŸnelin a•ÝlmasÝyla olußan ikincil gerilme ortamÝnÝ ge•ip birincil gerilmelerin tem- sil edilebileceÛi bir uzaklÝÛa kadar ulaßmasÝ ge- rekir. Arazi deneylerinin en šnemli dezavantajla- rÝ pahalÝ olmalarÝ ve uygulamayla ilgili bazÝ zor- luklarÝ i•ermeleridir. Bununla birlikte, dŸßey yšn- de a•ÝlmÝß sondajlarda ger•ekleßtirilen hidrolik
•atlatma deneyinin ve silindirik olarak a•Ýlan tek bir delikte uygulanan gerilim boßaltma yšntemi- nin •ok engebeli topoÛrafyaya sahip bšlgelerde- ki sÝÛ derinliklerde uygulanmasÝ durumunda or- taya •Ýkan kÝsÝtlamalar, bu deneylerden gerilme tansšrŸnŸn tŸm bileßenlerinin belirlenmesini en- gellemektedir.
Gerilmeyi dolaylÝ yoldan belirleme yšntemlerin- den biri olan faylanma mekanizmasÝ •šzŸmŸyle yaklaßÝk olarak deprem odaÛÝ derinliÛindeki asal gerilmelerin oranlanmÝß bŸyŸklŸkleri ve yšnleri Þekil 1. (a) Gerilme tansšrŸ bileßenlerinin ve (b) asal gerilmelerin birim kŸp Ÿzerinde ve matris formunda gšsteri-
lißi.
Figure 1. Illustration of the stress tensor components (a) and principal stresses (b) on a unit cube and in matrix form.
(a)
(Aydan vd. 2001; Aydan ve Kim, 2002), kŸresel konumlama sistemine dayanan yšntemde (GPS) (Aydan, 2000a; Aydan vd., 2000) ise sa- dece yeryŸzeyindeki yatay gerilme hÝzlarÝnÝn bŸyŸklŸkleri ve yšnleri belirlenebilmektedir. Bu nedenle, bu yšntemlerden yararlanÝlarak bir lo- kasyondaki gerilme tansšrŸnŸn salt tŸm bile- ßenlerinin ve asal gerilmelerin belirlenmesi mŸmkŸn olamamaktadÝr. BunlarÝn yanÝ sÝra, fay
•iziklerinin yšnŸnden yararlanÝlarak gerilmenin belirlenmesi amacÝyla Anderson (1951), Bott (1959) ve McKenzie (1969) tarafÝndan šnerilmiß ÒdolaylÝ yšnden gerilmeleri belirleme yšntemleriÓ bulunmakla birlikte, bu yšntemlerden gerilme tansšrŸnŸn tŸm elemanlarÝnÝn saptanmasÝ mŸmkŸn olamamaktadÝr. Bu kÝsÝtlamalarÝ gider- mek Ÿzere Angelier (1975, 1984) ve Aydan (2000b) tarafÝndan Òfay •iziklerine dayalÝ yšn- temlerÓ šnerilmißtir. Aydan (2000b)ÕÝn šnerdiÛi fay •iziklerine dayalÝ yšntemde, gerilme tansš- rŸnŸn bileßenlerinin herbirinin dŸßey gerilmeye oranlarÝnÝ ifade eden katsayÝlar belirlenmekte- dir. Ancak bu yšntemde bir girdi parametresi olan fay dŸzleminin sŸrtŸnme a•ÝsÝ i•in bir var- sayÝm yapÝlmasÝ gerekmektedir. SŸrtŸnme a•ÝsÝ deÛeri •ok yŸksek ve •ok dŸßŸk basÝn•lar altÝn- da Byerlee (1978) tarafÝndan incelenmiß olup, bunun 30¡ ile 40¡ arasÝnda deÛißebileceÛi belir- tilmißtir. Fay •izikleri yšntemi, ekonomik ve fizik- sel nedenlerden dolayÝ gerilmeyi doÛrudan šl•- me yšntemlerinin her zaman kullanÝlmasÝnÝn mŸmkŸn olmadÝÛÝ yerlerde gerilme ortamÝ hak- kÝnda bir šn deÛerlendirme yapÝlmasÝ ve/veya doÛrudan šl•Ÿm yšntemlerinin doÛruluÛunun sÝ- nanmasÝ amacÝyla mŸhendislere ve yerbilimcile- re šnerilen pratik bir yšntemdir.
AE tekniÛinin diÛer yšntemlere gšre daha pratik ve daha az maliyetli olmasÝ nedeniyle, bu yšn- temle gerilmelerin belirlenmesi amacÝyla ger-
•ekleßtirilen •alÝßmalar son yÝllarda yaygÝnlaß- mÝßtÝr. Buna karßÝn, AE yšnteminin gerilmelerin belirlenmesinde kullanÝmÝyla ilgili tartÝßmalar da artmÝßtÝr (šrn; Hughson ve Crawhord, 1987;
Hardy vd., 1989; Momayez ve Hassani, 1992;
Holcomb 1993; Seto vd., 1999). TŸrkiyeÕde bu- gŸne deÛin yeraltÝ ve a•Ýk ißletme yšntemleriyle bir•ok madenin ißletilmesine ve bŸyŸk šl•ekte mŸhendislik yapÝlarÝnÝn inßa edilmesine karßÝn, arazi gerilmesi šl•Ÿmleriyle ilgili yayÝnlara rast- lanmamaktadÝr. TŸrkiyeÕde sadece, OymapÝnar hidroelektrik yeraltÝ santralÝnÝn inßaatÝnda ve Eti- bankÕÝn KŸre bakÝr-kurßun-•inko ißletmesinde
yerinde gerilme šl•ŸmŸ yapÝldÝÛÝ Aydan ve Pa- ßamehmetoÛlu (1994) ve Aydan (2000b) tarafÝn- dan belirtilmektedir. AyrÝca, AE tekniÛi kullanÝla- rak Watanabe ve Tano (1999) ile Watanabe vd.
(1999) tarafÝndan Kapadokya bšlgesinde, Ay- dan vd. (2001) tarafÝndan ise BatÝ AnadoluÕda arazi gerilmelerinin belirlenmesine yšnelik bazÝ
•alÝßmalar yapÝlmÝßtÝr. AE yšnteminin pratik ve daha az maliyetli olmasÝ nedeniyle, TŸrkiyeÕde bu konuyla ilgili boßluÛun, bir šl•Ÿde de olsa, gi- derilmesine katkÝ saÛlayabileceÛi dŸßŸnŸlerek, aßaÛÝdaki bšlŸmlerde AE yšnteminin arazi geril- melerinin belirlenmesinde kullanÝmÝ anlatÝlmÝß ve šl•Ÿmleri etkileyen faktšrler tartÝßÝlmÝßtÝr. Ay- rÝca, TŸrkiyeÕde deÛißik yšrelerden alÝnan yšnlŸ šrnekler Ÿzerinde yazarlar tarafÝndan yapÝlmÝß AE deneylerinin sonu•larÝ sunularak yorumlan- mÝßtÝr.
AE TEKNÜÚÜYLE ARAZÜ GERÜLMELERÜNÜN BELÜRLENMESÜ
AE tekniÛinden yararlanÝlarak arazi gerilmeleri- nin belirlenmesi i•in Kanagawa vd. (1976; Ha- yashi vd., 1979Õdan) tarafÝndan yapÝlan uygula- ma, Kaiser Etkisi (KE) seviyesinin tanÝmÝ ve bu seviyenin neyi ifade ettiÛi gibi konulara Tuncay ve Ulusay (2002) tarafÝndan kÝsaca deÛinilmißtir.
Bu bšlŸmde ise, KE seviyesinin daha duyarlÝ ße- kilde belirlenmesi amacÝyla kullanÝlan yaklaßÝ- mÝn esaslarÝ verilmiß ve bu seviyenin belirlen- mesinde etkin olan faktšrler tartÝßÝlmÝßtÝr.
Kaiser Etkisi (KE) Seviyesinin Belirlenmesi Ü•in KullanÝlan YaklaßÝm
AE deneyinden elde edilen Òzaman Ð AE sayÝsÝÓ eÛrilerinden KE seviyesinin belirlenmesi, basit gibi gšrŸnmesine raÛmen, bazÝ durumlarda gŸ•- leßmektedir. …rneÛin, Þekil 2aÕda gšrŸlen A, B, C noktalarÝndan hangisinin se•ileceÛi konusun- da yorumlama aßamasÝnda karÝßÝklÝk olabilmek- tedir. Bu nedenle, Kanagawa vd. (1976; Hayas- hi vd., 1979Õdan)Õnin •alÝßmasÝndan sonra, KE seviyesinin belirlenmesi i•in bazÝ araßtÝrmacÝlar tarafÝndan •eßitli yaklaßÝmlar šnerilmißtir (Yoshi- kawa ve Mogi, 1981 ve 1990; Hayashi, 1979;
Boyce, 1981-Hardy vd. 1989Õdan; Momayez vd., 1992; Shen, 1995; Watanabe ve Tano, 1999;
Shin vd., 2000). Yoshikawa ve Mogi (1981 ve 1990) tarafÝndan šnerilen yaklaßÝm, kendi i•inde bazÝ •elißkileri i•ermektedir. Bu araßtÝrmacÝlar, KE seviyesinin belirlenmesi i•in AE deneyini tek
eksenli koßullar altÝnda, 1. ve 2. yŸkleme •evri- mi ßeklinde arka arkaya iki kez ger•ekleßtirip, bu yŸklemelerden elde edilen Òzaman-AE sayÝ- sÝÓ eÛrilerinin farklÝlÝk gšstermeye baßladÝÛÝ za- mandaki gerilmenin KE seviyesi olduÛunu be- lirtmektedirler (Þekil 2b). Ancak Hardy vd.
(1989), 2. yŸklemede deneyin baßlangÝcÝndan itibaren AE sayÝsÝnda azalma olmasÝ gerektiÛini vurgulamÝßlardÝr. Bu •alÝßma kapsamÝnda, ya- zarlarÝn uygulamalarÝnda da, Hardy vd.
(1989)Õnin belirttiÛi gibi, 2. yŸklemede belirlenen AE sayÝlarÝnda ciddi azalmalarÝn olduÛu gšzlen- mißtir. YukarÝda deÛinilen •alÝßmalarda šnerilen diÛer yšntemlerde ise, KE seviyesini belirleme yaklaßÝmlarÝ farklÝ olmasÝna karßÝn, birbirine ol- duk•a yakÝn KE deÛerleri elde edilmektedir. Bu nedenle bu •alÝßmada, Watanabe ve Tano (1999) tarafÝndan šnerilen ve doÛrudan para- metrik sistemden (Tuncay ve Ulusay, 2002) el- de edilen veriler Ÿzerinde ißlem yapÝlabilen, ay- rÝca uygulanmasÝ da olduk•a basit olan yakla- ßÝm kullanÝlmÝßtÝr. Bu yaklaßÝmda, Þekil 3Õte gš- rŸldŸÛŸ gibi, Òtoplam AE sayÝsÝ Ð zamanÓ grafiÛi Ÿzerinde her bir nokta i•in AE sayÝsÝ artÝßÝ, RI(t) olarak adlandÝrÝlan fark, aßaÛÝda verilen eßitlik- ten belirlenmektedir.
RI(t) = CR(t+∆t) Ð CR(t) (1)
Burada;
CR(t+∆t): t+∆t ve t zamanlarÝndaki toplam AE sayÝlarÝ arasÝndaki fark
CR(t): t ve t-∆t zamanlarÝndaki toplam AE sayÝ- larÝ arasÝndaki fark
∆t: Zaman farkÝ
ÒToplam AE sayÝsÝ Ð zamanÓ grafiÛi Ÿzerinde her bir nokta i•in Eßitlik (1)Õde verilen ißlem ya- pÝldÝktan sonra ÒAE sayÝsÝ artÝßÝ RI(t) Ð zamanÓ grafiÛi •izilerek, en bŸyŸk RI(t) deÛerinin elde edildiÛi zamandaki gerilme deÛeri KE seviyesi olarak belirlenmektedir. Watanabe ve Tano (1999), ∆t zaman aralÝÛÝnÝ 40 saniyeye kadar deÛißen deÛerler alacak ßekilde belirlemißler ve bir tek grafik yerine daha fazla sayÝda ÒRI(t) Ð zamanÓ grafiÛi elde ederek, ortaya •Ýkabilecek
Þekil 2. (a) Tipik bir Òtoplam AE sayÝsÝ Ð zaman Ð ge- rilmeÓ grafiÛinde KE seviyesinin belirlenme- sinde farklÝ yorumlamalara ilißkin bir šrnek ve (b) Yoshikawa ve Mogi (1981 ve 1990) tarafÝndan šnerilen KE belirleme yšntemi.
Figure 2.(a) An example for different interpretations on the determination of KE levels on a typi- cal Òtotal AE count- time Ð stressÓ plot, and (b) the method suggested by Yoshikawa ve Mogi (1981 and 1990) for the determination of KE.
Þekil 3. ÒToplam AE sayÝsÝ Ð zamanÓ grafiÛinden AE sayÝsÝ artÝßÝnÝn, RI(t), belirlenmesi.
Figure 3.Determination of the Incremental AE count, RI(t), from the Òtotal AE count Ð timeÓ plot.
hatalarÝn yorumlamadaki etkisini en aza indir- meye •alÝßmÝßlardÝr. …rneÛin, bu •alÝßma kap- samÝnda elde edilmiß olan Þekil 4Õten; 24, 32, 40 saniye zaman aralÝklarÝyla •izilen grafiklerde, 24 ve 32 saniye aralÝklÝ •izilen AE sayÝsÝ artÝßla- rÝnÝn 3 doruk noktasÝnda birbirlerine yakÝn olma- sÝna karßÝn, 40 saniyede ise farklÝlÝk daha belir- gin olarak gšrŸlmektedir.
KE Seviyesinin Belirlenmesini Etkileyen Faktšrler
AE yšnteminde KE seviyesinin, dolayÝsÝyla ka- yacÝn ge•mißte etkisi altÝnda kaldÝÛÝ gerilme dŸ- zeyinin belirlenmesinde; kaya• tŸrŸnŸn, kaya- cÝn etkisinde bulunduÛu gerilme ortamÝndan alÝ- nÝp AE deneyi yapÝlÝncaya kadar ge•en sŸrenin (bekletme zamanÝ) ve šrnek boyut etkisinin šnemli olduÛu bazÝ araßtÝrmacÝlar tarafÝndan (Hardy vd., 1989; Koerner ve Lord, 1989; Barr vd., 1992; Hardy ve Shen, 1992; Momayez ve Hassani, 1992; Seto vd., 1992 ve 1999; Barr vd., 1999; Shin vd., 2000; Park vd., 2001) labo- ratuvarda ger•ekleßtirilen AE deneyleriyle orta- ya konulmußtur. Bu •alÝßmalarda, kaya• karot šrneÛi Ÿzerine etkiyen gerilme, laboratuvarda uygulanan šn yŸklemelerle temsil edilmiß ve šr- nek tek eksenli yŸkleme koßulunda belirli bir ge- rilme seviyesine kadar yŸklenmiß ve yŸk kaldÝ- rÝlmÝßtÝr (Þekil 5a). Ükinci aßamada ise, tek ek- senli yŸkleme koßulunda parametrik AE sistemi ile ger•ekleßtirilen deneyle (Þekil 5b) zamana karßÝ AE sayÝsÝ, toplam AE sayÝsÝ ve gerilme de- Ûerleri elde edilerek KE seviyeleri belirlenmißtir.
AyrÝca šn yŸklemede uygulanan gerilme ile AE deneyinde belirlenen KE seviyeleri de karßÝlaß- tÝrÝlmÝßtÝr. Kaya• tŸrleri, bekletme zamanlarÝ ve karot boyutlarÝ farklÝ olacak ßekilde ger•ekleßti- rilen bu deneylerde sert kaya•larda olumlu so- nu•lar alÝnÝrken, yumußak kaya•larda KE sevi- yesinin belirlenmesi daha gŸ• olmußtur. Beklet- me sŸresi arttÝk•a bu seviyenin belirlenmesi gŸ•leßmiß ve karot boyutu ile kayacÝn etkisinde kaldÝÛÝ gerilme seviyesi bŸyŸdŸk•e KE seviyesi- nin belirlenebilme sŸresinin de arttÝÛÝnÝ gšste- ren sonu•lar elde edilmißtir.
Þekil 4. FarklÝ zaman aralÝklarÝ (∆t) i•in 3 farklÝ ÒRI(t) Ð zamanÓ grafiÛinin elde edilerek KE seviye- sinin belirlenmesi.
Figure 4. Determination of KE level from ÒRI(t) Ð timeÓ graph obtained for different time intervals (∆t).
Þekil 5. (a) Karot šrneÛine tek eksenli šn yŸkleme ya- pÝlÝp yŸkŸn tekrar boßaltÝlmasÝ ve (b) para- metrik AE sistemi ile deney yapÝlarak elde edilen sonu•lardan KE seviyesinin belirlen- mesi.
Figure 5. (a) Uniaxially pre-loading and unloading of core sample, and (b) determination of KE le- vel from the results of the test carried out by parametric AE system.
-1000
(a)
AyrÝca Seto vd. (1992 ve 1999), KE seviyesinin bazen 1. yŸkleme •evriminde gšzlenemediÛini ancak 2. veya 3. yŸkleme •evrimi sÝrasÝnda bu seviyenin belirlenebildiÛini ifade etmißlerdir (Þe- kil 6). Bunun nedeninin ise, zaman etkisi olduÛu ve bekletme zamanÝ arttÝk•a birinci yŸklemede- ki AE deneylerinde belirgin bir KE seviyesi gšz- lenmezken, 2. veya 3. yŸklemede bu seviyenin belirlenebildiÛi adÝ ge•en araßtÝrmacÝlar tarafÝn- dan belirtilmektedir. Seto vd. (1999), šn yŸkle- me yapÝlmÝß karotlar Ÿzerinde 7 yÝl sonra ger-
•ekleßtirdikleri AE deneyleriyle KE seviyelerini kabul edilebilir bir farklÝlÝkla belirleyebilmißlerdir.
Bekletme zamanÝnÝn etkisinin gšsterilmesi ama- cÝyla, ‚izelge 1Õde bu •alÝßma kapsamÝnda elde edilmiß bazÝ sonu•lar verilmißtir. Bir kire•taßÝ bloÛundan hazÝrlanmÝß karotlar Ÿzerinde 10 da- kika ve 2 saat sŸreyle tek eksenli šn yŸkleme yapÝlmÝß (Þekil 7) ve daha sonra karotlarÝn Ÿze- rinden yŸk kaldÝrÝlarak 1, 15 ve 30 gŸn bekletil- mißlerdir. Belirtilen bu sŸrelerde bekletilen ka- rotlar Ÿzerinde AE deneyleri ger•ekleßtirilerek KE seviyeleri belirlenmißtir (‚izelge 1). Seto vd.
(1992)Õnin belirttiÛi gibi, KE seviyeleri 2. yŸkle- melerden elde edilebilmißtir. 1. yŸklemelerde kayda deÛer bir KE seviyesi gšzlenmemißtir. ‚i- zelge 1Õden de gšrŸleceÛi gibi, bekletme zama- nÝ arttÝk•a KE seviyesinin belirlenmesindeki farklÝlÝk da artmaktadÝr. AyrÝca, šn yŸkleme sŸ- resi arttÝk•a farklarÝn azaldÝÛÝ belirlenmiß olup, kaya•larÝn doÛada etkisi altÝnda kaldÝklarÝ geril- melerin etki sŸresinin daha uzun olduÛu gšzš- nŸnde bulundurulduÛunda, bu farklÝlÝÛÝn daha da azalabileceÛi dŸßŸnŸlmektedir. Yazarlar, la- boratuvarda šn yŸkleme koßullarÝnda farklÝ ka- ya• tŸrlerinin ve bekletme zamanÝnÝn etkisini araßtÝrmak amacÝyla daha ayrÝntÝlÝ bir •alÝßmayÝ baßlatmÝß olmakla birlikte, •alÝßma halen devam ettiÛi i•in sonu•larÝnÝn bu yazÝda sunulmasÝ mŸmkŸn olamamÝßtÝr.
AE yšntemi kullanÝlarak gerilmelerin belirlenme- sinde en šnemli tartÝßma konularÝ; AEÕden belir-
Þekil 6. …n yŸkleme yapÝlmÝß karot šrneklerinde ger-
•ekleßtirilen AE deneylerinde 1. yŸklemede belirlenemeyen KE seviyesinin 2. ve 3. yŸk- lemelerde belirlenmesi (Seto vd., 1992Õden yeniden dŸzenlenmißtir)
Figure 6. Determination of the KE level, that could not be determined at 1st loading, at the 2nd and 3rd loading stages on the pre-loaded core samples (rearranged from Seto et al., 1992).
Þekil 7. Kire•taßÝ bloÛundan hazÝrlanan karotlar Ÿze- rinde 10 dakika ve 2 saat sŸreyle šn yŸkle- melerin yapÝlÝp boßaltÝlmasÝnÝ gšsteren gra- fikler.
Figure 7. The graphs showing the pre-loadings and unloadings, on the limestone cores, in 10 minutes and 2 hours
ZAMAN
‚izelge 1. Laboratuvarda tek eksenli šn yŸklemeye maruz bÝrakÝlmÝß ve farklÝ zamanlarda bekletilmiß karotlar Ÿze- rinde ger•ekleßtirilen AE deneylerinden belirlenen KE seviyeleri ve farklÝlÝklar.
Figure 1. Kaiser effects with their errors determined from the AE tests carried out on the cores which have been pre-loaded in the laboratory and waited for different span time.
…n yŸkleme …n yŸkleme Bekletme KE F
sŸresi seviyesi (kPa) sŸresi seviyesi (%)
AralÝk Ort. (gŸn)* (kPa)
10 dak. 6380-6650 6513 1 7169 10.1
6250-6600 6428 15 4420 31.2
2 saat 6450-6930 6599 1 6792 2.9
6350-7210 6630 15 5855 11.7
6430-6730 6530 30 5338 18.2
F: FarklÝlÝk (belirlenen KE seviyesinin ortalama šn yŸkleme seviyesinden olan yŸzde farkÝ), *…n yŸkleme ile AE de- neyinin yapÝldÝÛÝ zamanlar arasÝndaki fark
lenen gerilmelerin kaya•larÝn jeolojik sŸre• bo- yunca etkisinde kaldÝklarÝ en bŸyŸk gerilmelere mi, yoksa gŸncel gerilmelere mi karßÝlÝk geldiÛi ve AE deneyinin tek eksenli koßullar altÝnda ya- pÝlmasÝnÝn uygun olup olmadÝÛÝdÝr. AE deneyi- nin tek eksenli yŸkleme altÝnda yapÝlamayacaÛÝ ve kayacÝn doÛada etkisinde kaldÝÛÝ gerilme or- tamÝnÝn Ÿ• eksenli yŸkleme ortamÝna benzer ol- duÛu, Holcomb (1983; Holcomb 1993Õden), Hol- comb ve Martin (1985) ve Hughson ve Craw- hord (1987) tarafÝndan belirtilmißtir. Buna kar- ßÝn, Watanabe vd. (1994) tarafÝndan tŸf karot šrnekleri Ÿzerinde Ÿ• eksenli šn yŸkleme yapÝl- mÝßtÝr. Daha sonra bu šrneklerden •ÝkartÝlan yšnlŸ karotlar Ÿzerinde tek eksenli yŸkleme ile ger•ekleßtirilen AE deneyleri sonucunda KE se- viyesinin yšn kavramÝndan baÛÝmsÝz olabileceÛi belirtilmißtir (Þekil 8). Bunun yanÝ sÝra, arazi de- neylerinden ve tek eksenli yŸkleme koßulunda ger•ekleßtirilen AE deneylerinden elde edilen gerilme deÛerleri karßÝlaßtÝrÝldÝÛÝnda (Tuncay ve Ulusay, 2002; bknz. ‚izelge 1), bazÝ farklÝlÝklar olmakla birlikte, sonu•larÝn benzerlik taßÝdÝklarÝ gšrŸlmektedir.. Kanagawa vd. (1981) de AE tekniÛinden ge•mißteki gerilmelerin mi yoksa gŸncel gerilmelerin mi belirlendiÛi sorusuna a•ÝklÝk getirmek amacÝyla, ßev kazÝsÝ yapÝlmÝß bir lokasyonda gerilim boßaltma yšntemi (over- coring) ile AEÕden elde edilen sonu•larÝ karßÝ- laßtÝrmÝßlardÝr (Þekil 9). AraßtÝrmacÝlar, AEÕden elde edilen gerilme deÛerlerinin kazÝ yapÝlma- dan šnceki gerilmelere karßÝlÝk geldiÛini, gerilim boßaltma yšnteminden ise kazÝ sonrasÝna ait gerilmenin saptandÝÛÝnÝ belirtmißlerdir. Ancak bu araßtÝrmacÝlar, ßevin mevcut konumuna ka•
yÝl sonra getirildiÛine yšnelik bir bilgi vermemiß- lerdir. Kanagawa vd., (1981)Õnin ger•ekleßtirdiÛi
bu •alÝßma ile AE yšnteminden belirlenen geril- melerin belirli bir zaman šnce kayacÝn etkisinde kaldÝÛÝ gerilmelere karßÝlÝk geldiÛi sonucu •Ýk- maktadÝr. Ancak bu sonu•, AE yšntemiyle jeolo- jik sŸre• boyunca en bŸyŸk gerilmelerin belir- lendiÛi anlamÝna da gelmemektedir.
T†RKÜYEÕDE ARAZÜ GERÜLMELERÜNÜN AE Y…NTEMÜYLE BELÜRLENMESÜ
Bu •alÝßmada, AE yšnteminin TŸrkiyeÕnin bazÝ yerlerinde arazi gerilmelerinin tayin edilmesi amacÝyla yeraltÝ ve yerŸstŸ ißletmeleri, taß ocak- larÝ, tŸnel gibi kaya yapÝlarÝnÝn ve kazÝlarÝnÝn bu- lunduÛu 20 farklÝ yerden yšnlŸ kaya bloÛu šr- nekleri alÝnmÝßtÝr. …rnekleme yerleri Þekil 10Õda verilen TŸrkiye haritasÝnda gšsterilmißtir. Her bloktan laboratuvarda yšnlŸ karotlar hazÝrlan- mÝß (Þekil 11) ve her karot Ÿzerinde ayrÝ ayrÝ AE deneyleri ger•ekleßtirilmißtir. Elde edilen veri- den, Watanabe ve Tano (1999) tarafÝndan šne- rilen yšntem kullanÝlarak KE seviyeleri belirlen- mißtir. Her kaya• bloÛuna ilißkin a•Ýklamalar, AE deneylerinde farklÝ yšnler i•in belirlenen KE se- viyeleri ve dolayÝsÝyla gerilme deÛerleri ‚izelge 2Õde verilmißtir.
YšnlŸ karotlar Ÿzerinde ger•ekleßtirilen AE de- neyleriyle her bir yšn i•in saptanan gerilme de- Ûerlerinden (bknz. ‚izelge 2) gerilme tansšrŸ- nŸn belirlenebilmesi i•in šncelikle X,Y ve Z dŸz- lemlerine (bknz. Þekil 11) etkiyen makaslama gerilmelerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu- nun i•in šncelikle Eßitlik (2), (3) ve (4)Õde verilen ilißkiler kullanÝlarak Ÿ• yšndeki makaslama ge- rilmeleri hesaplanmÝßtÝr. AE deneyleri i•in karot- lar hazÝrlanÝrken, her bir dŸzlemdeki ana yšnler
Þekil 8. †• eksenli koßulda belirli gerilme deÛerlerine kadar šn yŸkleme uygulanmÝß bŸyŸk beton karot šrneÛinden alÝnan yšnlŸ karotlar Ÿze- rinde ger•ekleßtirilen AE deneylerinden be- lirlenen KE seviyelerinin karßÝlaßtÝrÝlmasÝ (Watanabe vd., 1994) (σp1ve σp3: šn yŸkle- medeki asal gerilmeler, D: dŸßey, Y: yatay).
Figure 8. Comparison of the KE levels determined from AE tests on the oriented core speci- mens from the concrete block which was pre-loaded at certain stress levels in triaxial condition (Watanabe et al., 1994) (σp1 and σp3: principal stresses at preloading, D: ver- tical, Y: horizontal).
Þekil 9. Bir sahada AE deneyi i•in šrneÛin alÝndÝÛÝ ve gerilim boßaltma yšnteminin (overcoring) uygulandÝÛÝ yerler ve kazÝ šncesi ile sonra- sÝna ait ßev geometrisi (Kanagawa vd., 1981).
Figure 9. The locations of the overcoring test and the blocks taken for AE test at a site, and the slope geometries before and after excavati- on.
(šrneÛin, X ve Y; bknz Þekil 11) ile ara yšnler (šrneÛin, XY; bknz Þekil 11) arasÝndaki a•ÝnÝn 45¡ olarak se•ilmesi Eßitlik (2), (3) ve (4)Õte ve- rilen ilißkileri sadeleßtirdiÛinden kolaylÝk saÛla- maktadÝr.
τxy= 1 [σXYÐ (σxx.cos2θ+ σyy.sin2θ)] (2) sin2θ
τxz= [σXZÐ (σxx.cos2θ+ σzz.sin2θ)] (3)
τyz= [σYZÐ (σyy.cos2θ+ σzz.sin2θ)] (4)
Burada;
τxy, τxz, τyz: Makaslama gerilmeleri
σxx, σyy, σzz: X, Y ve Z yšnŸndeki normal geril- meler
σXY, σXZ, σYZ: XY, XZ ve YZ yšnŸndeki normal gerilmeler
Gerilme tansšrŸ (Eßitlik 5) simetrik olduÛu i•in, hesaplanan makaslama gerilmeleri ile tŸm geril- me bileßenlerini ifade etmek mŸmkŸn olmakta- dÝr.
[σ] =
3 4
(5)Elde edilen gerilme tansšrŸnden yararlanÝlarak asal gerilmelerin bulunmasÝ i•in Eßitlik (6)Õda verilen matrisin determinantÝnÝn sÝfÝr olmasÝ ge- rekmektedir.
σxx τxy τxz τyx σyy τyz τzx τzy σzz 1
sin2θ 1 sin2θ
‚izelge 2. TŸrkiyeÕde farklÝ yerlerden alÝnan kaya bloklarÝnÝn bazÝ šzellikleri ve bu bloklardan hazÝrlanan yšnlŸ ka- rotlar Ÿzerinde ger•ekleßtirilmiß AE deneylerinden belirlenen KE seviyeleri (gerilme deÛerleri).
Figure 2.Some properties of the rock blocks sampled from different locations in Turkey, and KE levels (stress va- lues) determined from AE tests on the oriented cores.
+YeraltÝ maden ißletmesi, bTŸnel, aTaß ocaÛÝ, *A•Ýk maden ißletmesi, σc: Tek eksenli sÝkÝßma daya- nÝmÝ, D: Kaya bloÛunun alÝndÝÛÝ derinlik, γ: Birim hacim aÛÝrlÝk, σov: …rtŸ gerilmesi, F: AE deneyle- rinden dŸßey yšnde (Z) belirlenen gerilmenin šrtŸ gerilmesine gšre yŸzde farkÝ
Þekil 10. Bu •alÝßmada AE šl•Ÿmlerinde kullanÝlmak Ÿzere alÝnmÝß kaya bloklarÝnÝn šrnekleme yerleri ve TŸrki- yeÕnin baßlÝca tektonik šzellikleri.
Figure 10. Sampling locations of the block samples employed in Acoustic Emission (AE) measurements in this study, and major tectonic features of Turkey.
* *
= 0 (6)Bu matrisin determinantÝ alÝndÝÛÝnda, gerilme tansšrŸnŸn karakteristik denklemi elde edilmek-
σxxÐσ* τxy τxz τyx σyyÐσ* τyz τzx τzy σzzÐσ*
tedir (Eßitlik 7). Bu denklemde I1, I2ve I3geril- me tansšrŸnŸn sÝrasÝyla birinci, ikinci ve Ÿ•ŸncŸ deÛißmezleri olup, denklemin kškleri asal geril- melere (σ*) karßÝlÝk gelmektedir.
(σ*)3Ð I1(σ*)2+ I2σ* Ð I3= 0 (7) Belirlenen her bir asal gerilme i•in,
Þekil 11. Blok šrneklerden yšnlŸ karotlarÝn hazÝrlanmasÝ Figure 11. Preparation of the oriented cores from block samples
* * * 3 4 = 3 4
(8)(l*)2+ (m*)2 + (n*)2= 1 (9) ilißkilerinden yararlanÝlarak Eßitlik (10)Õda veri- len doÛrultu (yšnelti) kosinŸs matrisinin tŸm bi- leßenleri belirlenmektedir.
3 4
(10)DoÛrultu kosinŸs matrisinden [A] yararlanÝlarak, AE deneyinin yapÝldÝÛÝ eksen takÝmÝ ile asal ge- rilmelerin yšnleri arasÝndaki a•ÝlarÝn belirlenme- si mŸmkŸndŸr. Yatay dŸzlemdeki en bŸyŸk ve en kŸ•Ÿk asal gerilmeler ve yšnleri ise, AE de- neylerinde X, Y ve XY yšnlerinde alÝnmÝß karot- lar i•in elde edilen gerilme deÛerleri kullanÝlarak ve yukarÝda deÛinilen Ÿ• boyutlu •šzŸmleme yerine iki boyutlu bir •šzŸmlemeyle saptanabil- mektedir.
‚izelge 2 incelendiÛinde, birka•Ý dÝßÝnda, AE deneylerinden Z yšnŸnde (dŸßey yšnde) belirle- nen gerilme deÛerleri ile kayacÝn birim hacim aÛÝrlÝÛÝ ve šrneÛin alÝndÝÛÝ derinliÛe baÛlÝ olarak hesaplanan šrtŸ tabakasÝ gerilmesi deÛerlerinin bazÝlarÝnÝn benzer olduklarÝ gšrŸlmektedir. An- cak, bazÝlarÝnda %40 ile %135Õe ulaßan farklÝlÝk- lar bulunmußtur. Bu farklÝlÝklarÝn olußmasÝnda, daha šnceki bšlŸmlerde deÛinildiÛi gibi, kayacÝn sertliÛinin ve etkisinde kaldÝÛÝ gerilmenin dŸßŸk olmasÝnÝn yanÝ sÝra, hesaplanan šrtŸ tabakasÝ gerilmesi deÛerindeki olasÝ hatalarÝn etkili olabi- leceÛi dŸßŸnŸlmektedir. AyrÝca, taß ocaklarÝ ile bazÝ a•Ýk ißletmelerde yapÝlan patlatma ve kazÝ ißlemlerinin etkisiyle buralardaki bloklarÝn yapÝ- sÝnÝn etkilenmiß olabileceÛi gšzardÝ edilmemeli- dir. Bu durumun AE mekanizmasÝnÝ da etkileye- ceÛi ve šzellikle taß ocaklarÝndan alÝnmÝß sšz konusu šrnekler i•in AE deneyiyle belirlenen gerilmelerin birincil gerilme olarak yorumlanma- sÝnÝn tartÝßmalÝ olacaÛÝ dikkate alÝnmalÝdÝr.
Bu •alÝßma kapsamÝnda ger•ekleßtirilen AE de- neylerinden her šrnekleme yeri i•in belirlenen asal gerilmeler, en bŸyŸk ve en kŸ•Ÿk yatay ge- rilmeler ile bunlarÝn yšnleri ‚izelge 3Õte verilmiß-
lx′ mx′ nx′ ly′ my′ ny′ lz′ mz′ nz′
0 0 0
l m*
n*
σxxÐ σ* τxy τxz τyx σyyÐ σ* τyz τzx τzy σzzÐ σ*
tir. AynÝ yerlerde gerilmeyi belirlemek amacÝyla arazide yapÝlmÝß baßka deney bulunmadÝÛÝn- dan, AE deneyiyle elde edilen asal gerilmelerin diÛer arazi deneylerinin sonu•larÝyla karßÝlaßtÝ- rÝlmasÝ da mŸmkŸn olamamÝßtÝr. Bununla birlik- te, dŸnyanÝn farklÝ bšlgelerinde ger•ekleßtirilen arazide gerilme tayin deneylerinden elde edilen dŸßey ve yatay gerilmeler Hoek ve Brown (1980) tarafÝndan derlenmiß olup, bu •alÝßmada karßÝlaßtÝrma amacÝyla bu veriden yararlanÝl- mÝßtÝr. Bu verilerle birlikte bu •alÝßmada AE yšn- teminden elde edilen sonu•lar kullanÝlarak ha- zÝrlanan dŸßey gerilmenin derinlikle deÛißimi Þekil 12Õde verilmißtir. Þekil 12Õde, AEÕden elde
Þekil 12. Hoek ve Brown (1980) tarafÝndan derlenmiß dŸnyanÝn •eßitli yerlerindeki dŸßey gerilme- ler ile bu •alÝßmada AEÕden belirlenen dŸßey gerilmelerin derinlikle deÛißimi.
Figure 12. Variation of the vertical stresses with depth compiled from the different locations of the world by Hoek and Brown (1980) and determined from the AE tests in this study.
edilen dŸßey gerilmelerin Hoek ve Brown (1980) tarafÝndan derlenen verilerle uyum saÛladÝÛÝ gš- rŸlmektedir. AyrÝca, ortalama yatay gerilmenin dŸßey gerilmeye oranÝ olan ÒkÓ katsayÝsÝnÝn de- rinliÛe baÛlÝ deÛißimi Þekil 13Õte verilmißtir. Bu ßekilden gšrŸleceÛi gibi, veriler olduk•a geniß bir aralÝkta daÛÝlÝm gšstermektedir. Hoek ve Brown (1980) bu verileri derlerken, topoÛrafya- nÝn ani deÛißimler gšstermediÛi bšlgelerde ya- pÝlmÝß arazi deneylerinin sonu•larÝnÝ se•mißler ve topoÛrafyanÝn olduk•a deÛißken olduÛu bšl-
gelerde verilerin daha da farklÝ olabileceÛini be- lirtmißlerdir. AE deneyleriyle TŸrkiyeÕdeki farklÝ yerler i•in belirlenen ÒkÓ katsayÝlarÝnÝn Þekil 13Õteki verilerin alt sÝnÝrÝna yakÝn konumda bu- lunduÛu gšrŸlmektedir.
SONU‚LAR VE …NERÜLER
Gerilme ortamÝnÝn doÛru ifade edilebilmesi i•in gerilme tansšrŸnŸn tŸm bileßenlerinin belirlen- mesi gerekir. Gerilme tansšrŸnŸn tŸm bileßenle-
‚izelge 3. TŸrkiyeÕde kaya bloklarÝnÝn alÝndÝÛÝ deÛißik yerler i•in hesaplanan asal gerilmeler, en bŸyŸk ve en kŸ-
•Ÿk yatay gerilmeler ve yšnleri
Figure 3. The principal stresses, maximum and minumum horizontal stresses and their directions for the different sampling locations in Turkey.
Yeri σ1 e1* σ2 y2 e2* σ3 y3 e3* σH σh yH
(MPa) y1 (¡) (MPa) (¡) (MPa) (¡) (MPa) (MPa) (¡)
Eynez 4.82 093 69 2.79 003 8 1.58 270 20 2.84 1.93 354.3
Üzmir 3.72 146 50 2.03 045 9 0.50 308 39 2.20 1.64 012.4
‚ayÝrhan 5.81 297 36 4.11 032 6 3.40 130 54 5.00 4.10 293.9
KŸre 4.80 058 67 4.00 177 14 3.26 278 18 4.06 3.39 013
Dodurga 5.00 010 68 4.48 254 10 4.18 161 10 4.50 4.26 062.5
Zonguldak 12.7 141 12 12.03 265 68 9.47 047 24 12.68 9.70 318
Üstanbul 1.89 342 52 1.28 075 1 0.70 165 38 1.28 1.16 260.8
Ankara 0.43 297 59 0.33 055 16 0.16 153 26 0.34 0.21 290.5
Bayburt 1.25 015 6 0.88 130 75 0.64 284 14 1.24 0.65 249.5
Denizli 0.92 188 4 0.79 283 33 0.68 089 56 0.91 0.76 194.7
KÝrßehir 1.24 091 4 0.96 184 40 0.80 357 50 1.23 0.90 006.8
Sivas 1.41 283 16 1.33 176 42 0.92 029 43 1.40 1.11 293.9
Bigadi• 2.31 249 36 1.66 147 16 1.00 038 50 1.93 1.55 088.1
Kestelek 1.83 260 11 1.68 357 35 0.72 155 53 1.82 1.34 069.5
Eskißehir 0.55 185 39 0.34 279 5 0.18 015 51 0.41 0.34 348
Seydißehir
5.14 070 14 3.20 180 53 2.11 331 33 5.01 2.44 067.5
(DoÛankuzu)
Seydißehir 3.47 341 26 2.40 241 21 2.31 117 56 3.25 2.38 342.4
(Mortaß)
Ordu 9.96 357 29 5.06 104 27 3.46 229 48 8.56 4.58 351.4
Emet 1.66 034 38 1.42 141 20 0.54 252 45 1.49 1.06 360
Kayseri 0.62 336 17 0.61 075 25 0.58 216 59 0.62 0.60 147.5
σ1,σ2,σ3: Asal gerilmeler; σH,σh: En bŸyŸk ve en kŸ•Ÿk yatay gerilmeler, y1, y2, y3: Asal gerilmelerin eÛim yšnleri, e1, e2, e3: Asal gerilmelerin eÛimleri, yH: En bŸyŸk yatay gerilmelerin doÛrultusu,
*Asal gerilmelerin eÛimleri Ÿst yarÝmkŸre i•in belirlenmiß olup, a•Ýlar yataydan yukarÝya doÛru verilmißtir.
Þekil 13. Hoek ve Brown (1980) tarafÝndan derlenmiß veri ve bu •alÝßmada elde edilen sonu•lar kullanÝlarak hazÝrlanmÝß olan ortalama yatay gerilmelerin derinlikle deÛißimini gšsteren grafik
Figure 13.The graph showing the variation of the ave- rage horizontal stresses with depth based on the data compiled from the different loca- tions of the world by Hoek and Brown (1980) and determined from the AE tests in this study.
rinin belirlenmesi; yassÝ kriko ve gerilim boßalt- ma deneyleri ile topoÛrafya etkisinin sšz konusu olmadÝÛÝ derinlikler i•in hidrolik •atlatma deneyi aracÝlÝÛÝyla ve ayrÝca fay •izikleri yšntemi ve AE tekniÛi ile mŸmkŸn olmaktadÝr. Gerilme šl•me yšntemlerinin •oÛunda bazÝ varsayÝmlar yapÝlÝr- ken, AE tekniÛinde kayacÝn šzelliklerine veya gerilme bileßenlerine ilißkin herhangi bir varsa- yÝmda bulunulmamasÝna raÛmen, KE ile ilgili bazÝ varsayÝmlar sšz konusudur.
TŸrkiyeÕde deÛißik yerlerden alÝnan šrnekler Ÿzerinde yapÝlan AE deneylerinden elde edilen dŸßey gerilmelerin bazÝlarÝ, kuramsal olarak he- saplanan šrtŸ tabakasÝ gerilmeleriyle benzer iken, bazÝlarÝnÝn, šzellikle taß ocaklarÝndan alÝ- nan šrneklere ait olanlarÝn ise olduk•a farklÝlÝk gšsterdiÛi belirlenmißtir. Yazarlar, bu farklÝlÝkla- rÝn muhtemelen šrnekleme yapÝlan taß ocaklarÝ- nÝn sÝÛ derinliklerde olmasÝndan, patlatma ve kazÝ ißlemleri nedeniyle alÝnan bloklarÝn yapÝsÝ- nÝn etkilenmiß olabileceÛinden kaynaklandÝÛÝnÝ dŸßŸnmektedirler. Taß ocaklarÝ dÝßÝndaki yerler- den elde edilen sonu•lardaki bazÝ šnemli farklÝ- lÝklar ise, šrtŸ tabakasÝ gerilmesi deÛerindeki ve konumlandÝrma sÝrasÝndaki olasÝ hatalardan
kaynaklanmÝß olabilir. AE yšnteminden TŸrki- yeÕdeki bazÝ yerler i•in elde edilen ortalama ya- tay gerilmelerin dŸßey gerilmelere oranlarÝ (k) ise, dŸnyanÝn •eßitli bšlgeleri i•in arazide geri- lim tayini deneyi sonu•larÝndan derlenen veriler ile karßÝlaßtÝrÝlmÝßtÝr. TŸrkiyeÕden elde edilen ve- rilerin dŸnyanÝn •eßitli bšlgeleri i•in derlenen ve- rilerin daÛÝlÝmÝnÝn alt sÝnÝrÝna yakÝn konumda
•ÝktÝÛÝ gšrŸlmŸßtŸr.
AE tekniÛinin arazi deneylerine oranla •ok daha kolay ve daha az maliyetli olmasÝ, yšntemi cazip hale getirmektedir. Bununla birlikte, yšntemin i•erdiÛi bazÝ belirsizliklerin giderilmesi i•in daha ayrÝntÝlÝ •alÝßmalarÝn yapÝlmasÝ gerekmektedir.
Bu a•Ýdan, TŸrkiyeÕnin deÛißik yerlerinde AE ve diÛer tekniklerle gerilme šl•Ÿmlerinin yapÝlmasÝ ve sonu•larÝnÝn karßÝlaßtÝrÝlmasÝ šnem taßÝmak- tadÝr. Bšylelikle kaya mŸhendisliÛi uygulamalarÝ i•in TŸrkiyeÕde eksikliÛi duyulan arazi gerilmesi ile ilgili veri tabanÝ gelißtirilecektir. AyrÝca AE ve diÛer gerilme šl•Ÿm teknikleriyle ilgili sÝnÝrlama- lar ve avantajlar konusunda bilimsel yšnden de katkÝ saÛlanabilecektir.
KATKI BELÜRTME
Yazarlar, makaleyle ilgili olarak gšrŸß ve šneri- lerinden yararlandÝklarÝ Prof. Dr. Hasan Ger•ek ve Prof. Dr. Erdal †nalÕa teßekkŸr ederler.
KAYNAKLAR
Anderson, E.M., 1951. The Dynamics of Faulting. Oli- ver and Boyd, Edinburg, 191pp.
Angelier, J., 1975. Sur IÕanalyse de medures recueil- lies dans des sites failles: IÕutilite dÕune confrontation entre les methodes dynami- ques et cinematiques. C.R. Acad. Sci., Pa- ris, D281, 1805-1808.
Angelier, J., 1984. Tectonic analtsis of fault slip data sets. Journal of Geophysical Research, 89(B7), 5834-5848.
Amadei, B., and Stephansson, O., 1997. Rock Stress and Its Measurement. Chapman, and Hall, London, 490pp.
Aydan, …., 2000a. GPS šl•Ÿmlerine dayanÝlarak TŸr- kiyeÕnin yÝllÝk birim deformasyon ve gerilim hÝzÝ daÛÝlÝmÝ Ÿzerine bir •alÝßma. Yerbilim- leri, 22, 21-32.
Aydan, …., 2000b. Fay •iziklerinden yerkabuÛuna et- kiyen gerilimlerin saptanmasÝ i•in yeni bir yšntem ve uygulamasÝ. Yerbilimleri, 22, 223-236.
Aydan, …. ve PaßamehmetoÛlu, A.G., 1994. DŸnya- nÝn •eßitli yšrelerinde šl•ŸlmŸß yerinde ge- rilimler ve yatay gerilim katsayÝsÝ. Kaya MekaniÛi BŸlteni, 10, 1-17.
Aydan, …., and Kim, Y., 2002. The inference of crus- tal stresses and possible earthquake faul- ting mechanism in Shizuoka Prefecture from the striations of faults. Journal of the School of Marine Science and Techno- logy, Tokai University, No.54 (baskÝda).
Aydan, …., Kumsar. H., and Ulusay, R., 2000. The implications of crustal strain-stress rate va- riations computed from GPS measure- ments on the earthquake potential of Tur- key. Proceedings of the International Con- ference of GIS on Earth Science and App- lications, 2nd ICGESAÕ2000, Menemen, Üzmir, Bildiriler CDÕsi, 14s.
Aydan, …., Ulusay, R., Tuncay, E., Kumsar, H., YÝl- mazoÛlu, M. ve YŸzer, E., 2001. BatÝ Ana- doluÕnun etkin gerilim ortamÝ. JEOTEKNÜK- III, Üzmir ve ‚evresinin Deprem ve Jeotek- nik Sempozyumu, Üzmir, …. Orhun ve Y.
Tuner (eds.), Bildiriler CDÕsi, 14 s.
Barr, S.P., Pine, R.J., and Jupe, A.J., 1992. A study of the time dependency of the Kaiser effect in the Carnmenellis granite, Cornwall, UK.
Proceedings of the 11th International Aco- ustic Emission Symposium, Progress in Acoustic Emission VI, T. Kishi, K. Taka- hashi and M. Ohtsu (eds.), Fukuoka, The Japanese Society for Non-Destructive Ins- pection, 175-182.
Barr, S.P., Jupe, A., and Hunt, D.P., 1999. The Kaiser effect for samples pre-stressed at 820 m and 2.4 km with stress tensor results. Pro- ceedings of the ISRM International Cong- ress on Rock Mechanics, Paris, G. Vouille and P. Berest (eds.), Vol. 2, 1133-1136.
Bott, M.H.P., 1959. The mechanics of oblique slip fa- ulting. Geological Magazine, XCVI(2), 11- 12.
Byerlee, J., 1978. Friction of rocks. Pure Applied Ge- ophysics, 116, 615-626.
Hardy, H.R.Jr., Zhang, D., and Zelanko, J.C., 1989.
Recent studies of the Kaiser effect in ge- ologic materials. Proceedings of the 4th Conference on Acoustic Emission / Micro- seismic Activity in Geologic Structures and Materials, Pennsylvania, H.R.Hardy, Jr.
and F.W. Leighton (eds.), State College, PA, Trans. Tech.Publications, 27-55.
Hardy, H.R.Jr., and Shen, W., 1992. Recent Kaiser effect studies on rock. Proceedings of the 11th International Acoustic Emission Symposium, Progress in Acoustic Emissi- on VI, T. Kishi, K. Takahashi and M. Ohtsu (eds.), Fukuoka, The Japanese Society for Non-Destructive Inspection, 149-157.
Hayashi, M., 1979. Discussion: Acoustic emission to detect the geostress. Proceedings of the 4th ISRM International Congress on Rock Mechanics, Montreux, Vol. 3, 230-231.
Hayashi, M., Kanagawa, T., Hibino, S., Motojima, M., and Kitahara, Y., 1979. Detection of ani- sotropic geo-stresses trying by acoustic emission, and non-linear rock mechanics on large excavating caverns. Proceedings of the 4th ISRM International Congress on Rock Mechanics, Montreux, Vol. 2, 211- 218.
Hoek, E., ve Brown, E. T., 1980. Underground Exca- vations in Rock. The Institution of Mining and Metallurgy, London, 527pp.
Holcomb, D.J., 1993. General theory of the Kaiser ef- fect. International Journal of Rock Mecha- nics Mining Science and Geomechanic Abstracts, 30(7), 929-935.
Holcomb, D.J., and Martin, R.J., 1985. Determining peak stress history using acoustic emissi- ons. Proceedings of the 26th U.S. Sympo- sium on Rock Mechanics, Rapid City, E.
Ashworth (ed.), A.A. Balkema, 715-722.
Hughson, D.R., and Crawford, A.M., 1987. Kaiser ef- fect gauging: The influence of confining stress on its response. Proceedings of the 6th ISRM International Congress on Rock Mechanics, Montreal, G.Herget and S.
Vongpaisal (eds.), Vol. 2, 981-985.
Kanagawa, T., Hayashi, M., and Kitahara, Y., 1981.
Acoustic emission and overcoring met- hods. Proceedings of the International Symposium on Weak Rock, Tokyo, 1205- 1210.
Kim, K., and Franklin, J. A., 1987. Suggested met- hods for rock stress determination. Inter- national Journal of Rock Mechanics Mi- ning Science and Geomechanic Abstracts, 24(1), 53-74.
Koerner, R.M., and Lord, A.E., 1989. AE detection of prestress in soil and rock. Proceedings of the 4th Conference on Acoustic Emission / Microseismic Activity in Geologic Structu- res and Materials, State College, PA, H.R.Hardy, Jr. and F.W. Leighton (eds.), Trans Tech Publications, 73-86.
McKenzie, D.P., 1969. The relation between fault pla- ne solutions for earthquakes and the direc- tions of the principal stresses. Bulletin of the Seismological Society of America, 59(2), 591-601.
Momayez, M., and Hassani, F.P., 1992. Application of Kaiser effect to measure in-situ stresses in underground mines. Proceedings of the 33rd US Symposium, Rock Mechanics, Santa Fe, J.R. Tillerson and W.R. Wawer- sik (eds.), A.A. Balkema, 979-988.
Momayez, M., Hassani, F.P., and Hardy, H.R.Jr., 1992. Maximum curvature method: A tech- nique to estimate Kaiser-effect load from acoustic emission data. Journal of Acous- tic Emission, 10(3/4), 61-65.
Park, P., Park, N., Hong, C., and Jeon, S, 2001. The influence of delay time and confining pres- sure on in-situ stress measurement using AE and DRA. Proceedings of the 38th US Symposium, Rock Mechanics in the Nati- onal Interest, Washington, D. Elsworth, J.P. Tinucci and K.A. Heasley (eds.), Swets & Zeitlinger Lisse, 1281-1284.
Seto, M., Utagawa, M., and Katsuyama, K., 1992.
The estimation of pre-stress from AE in cyclic loading of pre-stressed rock. Proce- edings of the 11th International Acoustic Emission Symposium, Progress in Acous- tic Emission VI, T. Kishi, K. Takahashi and M. Ohtsu (eds.), Fukuoka, The Japanese Society for Non-Destructive Inspection, 159-166.
Seto, M., Nag, D.K., and Vutukuri, V.S., 1999. In-situ rock stress measurement from rock cores using the acoustic emission method and deformation rate analysis. Geotechnical and Geological Engineering, 17, 241-266.
Shen, W., 1995. Objective Kaiser stress evaluation in rock. Proceedings of the 5th Conference on Acoustic Emission / Microseismic Acti- vity in Geologic Structures and Materials, State College, PA, H.R.Hardy, Jr. (ed.), Trans Tech Publications, 177-195.
Shin, K., Oikawa, Y., and Ito, H., 2000. Consideration on DSCA and AE methods for stress me- asurement by comparing with corediscing information and others. Journal of The Mi- ning and Materials Processing Institute of Japan, Vol. 116, 965-971 (Japonca).
Sugawara, K., and Obara, Y., 1995. Rock stress and rock stress measurements in Japan. Pro-
ceedings of International Workshop on Rock Stress Measurements at Great Depth, Tokyo, K. Matsuki and K Sugawara (Coordinators), 1-6.
Sugawara, K., and Obara, Y., 1999. Draft ISRM sug- gested method for in-situ stress measure- ment using the compact conical-ended bo- rehole overcoring (CCBO) technique. In- ternational Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 36, 307-322.
Tuncay, E. ve Ulusay, R. 2002. Akustik Emisyon (Ya- yÝlma) (AE) tekniÛi: 1- AEÕnin temel ilkeleri ve kaya mŸhendisliÛindeki uygulama alan- larÝ. Yerbilimleri, 25, sayfa no.65-82.
Watanabe, H., and Tano, H., 1999. In-situ stress es- timation of Cappadocia region using the increment of AE event count rate. Journal of College of Engineering, Nihon Univer- sity, 41(1), 35-42 (Japonca).
Watanabe, H., Tano, H., and Akatsu, T., 1994. Fun- damental study on pre-stress measure- ment of triaxial compressed rock. Journal of College of Engineering, Nihon Univer- sity, 35(A), 11-19 (Japonca).
Watanabe, H., Tano, H., Ulusay, R., YŸzer, E., Erdo- Ûan, M., and Aydan, …., 1999. Initial stress state in Cappadocia. Japan-Korea Rock Engineering Symposium, K. Matsui and H.
Shimada (eds.), Fukuoka, Japan, 113-124.
Yoshikawa, S., and Mogi, K., 1981. A new method for estimation of the crustal stress from cored rock samples: laboratory study in the case of uniaxial compression. Tectonophysics, 74, 323-339.
Yoshikawa, S., and Mogi, K., 1990. Experimental stu- dies on the effect of stress history on aco- ustic emission activity Ð A possibility for estimation of rock stress. Journal of Aco- ustic Emission, 8(4), 113-123.
