ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Yusuf Recep BAYRAK NİĞDE MASİFİ TEMEL KAYALARININ ANİZOTROPİK DAYANIM VE DEFORMASYON ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA, 25

2 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ NİĞDE MASİFİ TEMEL KAYALARININ ANİZOTROPİK DAYANIM VE DEFORMASYON ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Yusuf Recep BAYRAK ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Danışman: Yrd.Doç.Dr.Tolga ÇAN Yıl: 25, Sayfa: 113 Jüri: Yrd.Doç.Dr.Tolga ÇAN Prof.Dr. Aziz ERTUNÇ Doç.Dr.Candan GÖKÇEOĞLU Kayalarda anizotropi, kayacın sahip olduğu yönlü fabrik ve mikroyapı veya mevcut süreksizliklerin etkisi sonucunda farklı yönlere göre değişik dayanım ve deformasyon davranışları göstermesi olarak tanımlanmaktadır. Yüzey ve yeraltı kazıları ile yapı temeleri gibi mühendislik uygulamalarında kaya anizotropisi stabilite üzerinde önemli rol oynamaktadır. Bu çalışmada, Orta Anadolu Kristalen Kompleksi nin bir parçasını oluşturan, Niğde Masifi içerisinde yer alan metamorfik kayaların (amfibolşist, kalkşist, kuvarsmikaşist, metagabro) fiziksel özellikleri ile foliasyon düzlemlerinin farklı yönelim açılarına göre dayanım anizotropisi ile statik ve dinamik deformasyon anizotropisi özellikleri araştırılmıştır. 224 adet karot örneği üzerinde, 3, 6 ve 9 derecelik foliasyon yüzeylerine göre toplam 89 adet laboratuvar deneyi yapılmıştır. Dayanım anizotropisi tek eksenli basınç ve dolaylı çekme dayanımı deneylerinden, statik deformasyon anizotropisi özellikleri elastisite modülü değerlerinden, dinamik deformasyon anizotropisi özellikleri ise sonik hız deneyinden elde edilmiştir. Buna göre, anizotropi düzlemleri göz önüne alınarak elde edilen elastik sabitlere göre, bütün birimlerde transversal anizotropi davranışı belirlenmiştir. İncelenen kaya gruplarının tamamında U tipi dayanım anizotropisi özelliği gözlenmiştir. Dayanım anizotropisi oranlarına (Rc) göre kuvarsmikaşistlerin 5.14, diğerlerinin ise 2.7 ile 3.81 arasında değiştiği ve sırasıyla yüksek ve orta derece aniozropi gösterdiği saptanmıştır. Son olarak tek eksenli basınç, statik ve dinamik elastisite modülü ve basınç dalga hızları arasında yüksek korelasyon katsayılarına sahip ilişkiler elde edilmiştir. Anahtar kelimeler: transversal anizotropi, anizotropi oranı, tek eksenli basınç dayanımı, elsatisite modülü, sonik dalga hızı. I

3 ABSTRACT Msc THESIS INVESTIGATION OF ANISOTROPIC STRENGTH AND DEFORMATION PROPERTIES OF THE BASAL UNITS OF THE NIĞDE MASSIVE Yusuf Recep BAYRAK DEPARTMENT OF GEOLOGICAL ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor: Yrd.Doç.Dr.Tolga ÇAN Year: 25, Page: 113 Jury : Assist.Prof.Dr. Tolga ÇAN Prof.Dr. Aziz ERTUNÇ Assoc.Prof.Dr. Candan GÖKÇEOĞLU Rock anisotropy, may be defined as variation of the physical and mechanical behavior of the rocks with respect to the direction of the fabric such as foliation, stratification or jointing. Rock anisotropy plays an important role in engineering applications and affects the stability of surface and underground excavations and foundations. In this study, strength, static and dynamic anisotropic properties of the basal units (amphibole-schist, calc-schist, quartz mica-schist, metagabro) of the Niğde massive, which constitute the core of the Central Anatolian Crystalline Complex, was studied. 224 core samples were prepared and 89 laboratory tests were performed with respect to the various foliation surfaces as, 3, 6, and 9 degrees. Strength anisotropy characteristics were determined from unconfined compressive and indirect tensile tests. Static and dynamic deformation anisotropy characteristics were determined from elasticity modulus and sonic wave velocity tests, respectively. According to the test results, transversal U-type anisotropic behaviors were observed for all studied rock groups. The strength anisotropy ratio (Rc) of 5.14, which refer to the high degree anisotropy, were obtained for quartzmica-schists while moderate degree anisotropy with Rc values range between 2.7 to 3.81 were obtained for the other lithologies. Finally, relations among the uniaxial compressive strength, static and dynamic elasticity modulus and p-wave velocities were obtained with very high coefficients of correlation. Keywords: Transversal anisotropy, anisotropy ratio, uniaxial compressive strength, elasticity modulus, sonic wave velocity. II

4 TEŞEKKÜR Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı nda yapmış olduğum yüksek lisans çalışmamın tez konusunun belirlenmesini sağlayan, çalışmalarım süresince beni yönlendirerek destekleyen ve tezimin her aşamasında yapıcı eleştirileri ile katkı sağlayan danışman hocam Sayın Yrd. Doç. Dr. Tolga Çan a teşekkürlerimi sunarım. Tez çalışmalarım süresince bölüm imkanlarını kullanmamı sağlayan Jeoloji Mühendisliği Bölüm Başkanı Sayın Prof. Dr. Fikret İŞLER e teşekkür ederim. İnce kesitlerimin yapımı ve incelenmesi sırasında yardımlarını hiç esirgemeyen Sayın Doç. Dr. Osman PARLAK ve Arş. Gör. Tamer RIZAOĞLU na teşekkür ederim. Tezimin çeşitli aşamalarında, yardımlarını hiçbir zaman esirgemeyen Ertuğrul ÇANAKÇI ya, Fatih KARAOĞLAN a, Jeoloji Yüksek Mühendisi Sibel ERGÜL e, jeoloji mühendisliği öğrencileri, Mustafa AKYOL, Mustafa AKNUR ve Engin ÇİL e teşekkür ederim. Lisans ve yüksek lisans eğitimim boyunca manevi desteğini her zaman hisettiren ev ve sınıf arkadaşım Tolga MAZMAN a teşekkür ederim. Hayatıma bir anda girerek, pek çok şeyi fazla söze gerek bırakmadan değiştirdiği ve hayata dair pek çok şeyi gösterdiği için Perihan BAMKAYA ya çok teşekkür ederim. Hayatımın her anında sürekli yanımda olduklarını bildiğim sevgili AİLEME teşekkürü bir borç bilirim. III

5 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ...I ABSTRACT... II TEŞEKKÜR... III İÇİNDEKİLER...IV ŞEKİLLER DİZİNİ...VI ÇİZELGELER DİZİNİ...IX SİMGELER ve KISALTMALAR...XI 1.GİRİŞ ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Genel Jeoloji ile İlgili Önceki Çalışmalar Kayaların Dayanım Anizotropisi ile İlgili Önceki Çalışmalar Kayaların Deformasyon Anizotropisine İlişkin Çalışmalar MATERYAL VE YÖNTEM Materyal Yöntem ARAŞTIRMA BULGULARI Niğde Masifi Metamorfik Birimlerinin Fiziksel Özellikleri Niğde Masifi Metamorfik Birimlerinin Dayanım Anizotropisi Tek Eksenli Basınç Dayanımına Göre Dayanım Anizotropisi Dolaylı Çekme Dayanımına Göre Dayanım Anizotropisi Niğde Masifi Metamorfik Birimlerinin Deformasyon Anizotropisi Statik Deformasyon Anizotropisi Dinamik Deformasyon Anizotropisi Kayaların Dayanım ve Deformasyon Değerleri Arasındaki İlişkiler Amfibol Şistlerin Dayanım ve Deformasyon Değerleri Arasındaki İlişkiler Kalk Şistlerin Dayanım ve Deformasyon Değerleri Arasındaki İlişkiler Kuvars Mika Şistlerin Dayanım ve Deformasyon Değerleri Arasındaki İlişkiler IV

6 Metagabroların Dayanım ve Deformasyon Değerleri Arasındaki İlişkiler SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ... 1 V

7 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 2.1. Türkiye deki masifleri gösteren harita... 9 Şekil 2.2. Yönelim açısının (β) tanımı... 1 Şekil 2.3. Farklı yönelim açılarında (β) hazırlanmış silindirik karot örnekleri Şekil 2.4. Fillitlerde, hesaplanan ve öngörülen tek eksenli basınç dayanımı ve yönelim açısı arasındaki eğri Şekil 2.5. Kaya malzemesinde gözlenen anizotropi modelleri ve bu modeller için çizilen eğriler Şekil 2.6. Kayalarda gözlenen anizotropi tipleri Şekil 2.7. Yönelim açısı ile çekme dayanımının değişmesi Şekil 2.8. Dolaylı çekme dayanımı deneyinde disk örneğinde oluşan gerilmelerin dağılımı Şekil 2.9. Fillitlerde tek eksenli basınç dayanımı / dolaylı çekme dayanımı (σc/σt) oranının β ile değişimi Şekil 2.1. Elastisite modülünün tek eksenli basınç altında farklı yönelim açılarındaki değişimi Şekil Sonik hız ölçümlerinde kullanılan düzeneğin şematik gösterimi Şekil 3.1. Niğde Masifi nin farklı sıcaklık ve basınç altında oluşmuş formasyonlarını ve masif içerisindeki magmatik sokulumları gösteren jeolojik harita... 3 Şekil 3.2. Niğde Metamorfikleri nin, Paleozoyik-Mesozoyik yaşlı formasyonlarını gösteren genelleştirilmiş dikme kesit (ölçeksiz) Şekil 3.3. Gümüşler formasyonu amfibol şistlerinin ince kesit görüntüleri Şekil 3.4. Gümüşler formasyonu kalk şistlerinin ince kesit görüntüleri, Şekil 3.5. Gümüşler formasyonu kuvars mika şistinin ince kesit görüntüsü Şekil 3.6. Kaleboynu formasyonu metagabrolarının ince kesit görüntüsü, Şekil 3.8. Yönlü karot alma işleminde kullanılan karot makinesi Şekil 3.9. Sonik hız deneylerinde kullanılan Pundit Plus C deney aleti... 4 Şekil 3.1. Basınç (Vp) ve kesme dalga hızının (Vs) ölçülmesi Şekil ELE ADR 2; tek eksenli basınç dayanımı deney aleti VI

8 Şekil Dolaylı çekme dayanımı deney hücresi ve deney sırasındaki kullanımı. 42 Şekil Birim deformasyonların tespitin için kullanılan; kayıt tutucu ve transducer Şekil 4.1. Amfibol şist 1 (a) ve 2 (b) için çizilen anizotropi eğrileri Şekil 4.2. Kalk şist 1 (a) ve 2 (b) için çizilen anizotropi eğrileri Şekil 4.3. Metagabro 1 (a) ve 2 (b) için çizilen anizotropi eğrileri Şekil 4.4. Kuvars mika şist için çizilen anizotropi eğrisi Şekil 4.5. Sleytlerde, hesaplanan ve öngörülen tek eksenli basınç dayanımı ve yönelim açısı arasındaki eğri Şekil 4.6. Amfibol şist 1 (a) ve 2 (b) için deneysel ve öngörülen tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin yönelim açısı ile değişimi Şekil 4.7. Kalk şist 1 (a) ve 2 (b) için deneysel ve öngörülen tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin yönelim açısı ile değişimi Şekil 4.8. Metagabro 1 (a) ve 2 (b) için deneysel ve öngörülen tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin yönelim açısı ile değişimi Şekil 4.9. Kuvars mika şist için deneysel ve öngörülen tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin yönelim açısı ile değişimi Şekil 4.1. Dolaylı çekme dayanımı deneyinde yönelim açısının gösterimi Şekil Amfibol şist 1 (a) ve 2 (b) için dolaylı çekme dayanımının (σ t ) yönelim açısı ile değişimi Şekil Kalk şist 1 (a) ve 2 (b) için dolaylı çekme dayanımının (σ t ) yönelim açısı ile değişimi Şekil Metagabro 1 (a) ve 2 (b) için dolaylı çekme dayanımının (σ t ) yönelim açısı ile değişimi Şekil Kuvars mika şits için dolaylı çekme dayanımının (σ t ) yönelim açısı ile değişimi Şekil Fillitlerde tek eksenli basınç dayanımı / dolaylı çekme dayanımı (σc/σt) oranının β ile değişimi Şekil Tek eksenli basınç dayanımı ile dolaylı çekme dayanımı oranının (σc /σt), değişimi Şekil Tek eksenli basınç altında transversal anizotropi gösteren kaya...68 VII

9 Şekil (a) β=, (b) β=9 ve (c) ve 9 arasındaki diğer yönelim açıları için tek eksenli basınç altında transversal anizotropik bir kayadaki elastik sabitler Şekil Amfibol şist 1 (a) ve 2 (b) için teğetsel elastisite modülünün yönelim açısı ile değişimi Şekil 4.2. Kalk şist 1 (a) ve 2 (b) için teğetsel elastisite modülünün yönelim açısı ile değişimi Şekil Metagabro 1 (a) ve 2 (b) için teğetsel elastisite modülünün yönelim açısı ile değişimi Şekil Kuvars mika şist için teğetsel elastisite modülünün yönelim açısı ile değişimi Şekil Amfibol şistlerde σ c -P (a), E st -P(b),E st -σ c (c), E st -E dn (d), P- E dn (e),e dn -σ c (f), parametrelerinin arasındaki ilişkiler Şekil Amfibol şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için çizilen U tipi eğriler Şekil Kalk şistlerde, σ c -P (a), E st -P(b), E st -σ c (c), E st -E dn (d), P- E dn (e), E dn -σ c (f), parametrelerinin arasındaki ilişkiler Şekil Kalk şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için çizilen U tipi eğriler.. 82 Şekil Kuvars mika şistlerde, σ c -P (a), E st -P(b), E st -σ c (c), E st -E dn (d), P- E dn (e), E dn -σ c (f), parametrelerinin arasındaki ilişkiler Şekil Kuvars mika şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için çizilen U tipi eğriler Şekil Metagabrolarda, σ c -P (a), E st -P(b), E st -σ c (c), E st -E dn (d), P- E dn (e), E dn - σ c (f), parametrelerinin arasındaki ilişkiler Şekil 4.3. Metagabrolarda, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için çizilen U tipi eğriler VIII

10 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 2.1. Niğde Masifi metamorfik birimlerinin, değişik araştırmacılara göre almış olduğu isimler... 8 Çizelge 2.2. Kayaların anizotropi oranına göre sınıflandırılması Çizelge 4.1. Gümüşler ve Kaleboynu formasyonuna ait kayaların fiziksel özellikleri Çizelge 4.2. Gümüşler ve Kaleboynu formasyonuna ait kayaların tek eksenli basınç dayanımı değerleri Çizelge 4.3. Öngörülen basınç dayanımı tahmini için hesaplanan A ve B değerleri. 54 Çizelge 4.4. Gümüşler ve Kaleboynu formasyonuna ait kayalardaki dayanım anizotropisi (Rc) oranları Çizelge 4.5. Gümüşler ve Kaleboynu formasyonuna ait kayaların dolaylı çekme dayanımı değerleri Çizelge 4.6. Gümüşler ve Kaleboynu formasyonuna ait kayalarda ölçülen teğetsel elastisite modülü değerleri Çizelge 4.7. Gümüşler ve Kaleboynu formasyonuna ait kayalardaki elastisite modülü oranları Çizelge 4.8. Sonik hız deneylerinden elde edilen dalga hızları ve dinamik elastisite modülü Çizelge 4.9. Amfibol şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametrelerinin ilişkilendirilmesi ile elde edilmiş korelasyon eşitlikleri... 8 Çizelge 4.1. Amfibol şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için elde edilen A ve B sabit değerleri Çizelge Kalk şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametrelerinin ilişkilendirilmesi ile elde edilmiş korelasyon eşitlikleri Çizelge Kalk şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için elde edilen A ve B sabit değerleri Çizelge Kuvars mika şistler için σ c, E st, E dn ve P parametrelerinin korelasyon eşitlikleri IX

11 Çizelge Kuvars mika şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için elde edilen A ve B sabit değerleri Çizelge Metagabrolar için σ c, E st, E dn ve P parametrelerinin korelasyon eşitlikleri Çizelge Metagabrolarda, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için elde edilen A ve B sabit değerleri X

12 SİMGELER ve KISALTMALAR c : kohezyon E : Elastisite modülü (Young modülü) E 1 : Anizotropi düzlemine paralel yükleme durumundaki elastisite modülü E 2 : Anizotropi düzlemine dik yükleme durumundaki elastisite modülü E st : Statik elastisite modü E dn : Dinamik elastisite modülü E min : En küçük elastisite modülü E max : En yüksek elastisite modülü G: Rijitlik modülü G 1 : Anizotropi düzlemine paralel yükleme durumundaki rijitlik modülü G 2 : Anizotropi düzlemine dik yükleme durumundaki rijitlik modülü k E : Deformasyon anizotropisi oranı Vp : Basınç dalgası hızı Vs : Kesme dalgası hızı P max : En yüksek basınç dalgası hızı P min : En küçük basınç dalgası hızı. P ortalama: Ortalama basınç dalgası hızı β : Yönelim açısı β : Dolaylı çekme dayanımı deneyinde yönelim açısı ρ : Yoğunluk n : Porozite e : Boşluk oranı γ : Birim hacim ağırlık XI

13 e eklem : Süreksizliğin kohezyonu δ :, 3 ve 9 den farklı yönelim açısı değeri ε : Normal birim boy değişimi τ : Normal makaslama boy değişimi φ : İçsel sürtünme açısı σ : Normal gerilme σ 1 : En büyük asal gerilme σ 2 : Ortanca asal gerilme σ 3 : En küçük asal gerilme σ c : Tek eksenli basınç dayanımı σ cj : Farklı yönelim açılarına göre elde edilen tek eksenli basınç dayanımı σ cmin : En küçük tek eksenli basınç dayanımı σ cmax : En büyük tek eksenli basınç dayanımı R c : Dayanım anizotropisi oranı σ t : Dolaylı çekme dayanımı σ tmin : En küçük dolaylı çekme dayanımı σ tmax. En büyük dolaylı çekme dayanımı σ c / σ t : Tek eksenli basınç dayanımı ile dolaylı çekme dayanımı oranı υ: Poisson oranı υ 1 : Anizotropi düzlemine paralel yükleme durumundaki Poisson oranı υ 2 : Anizotropi düzlemine dik yükleme durumundaki Poisson oranı υ 3 : Anizotropi düzlemine paralel ve dik yükleme durumunda elde edilen birim boy değişimlerinin oranı υ din : Dinamik Poisson oranı XII

14 υ sit : Statik Poisson oranı A.S.T.M : American Society for Testing and Materials. ADU : Automanous Data Acqusition Unit. I.S.R.M. : International Society of Rock Mechanics. RCS : Representative Compressive Strength. UCS : Uniaxial Compressive Strength. XIII

15 1. GİRİŞ Yusuf Recep BAYRAK 1.GİRİŞ Anizotropi, en genel tanımı ile; kayaların, sahip olduğu yönlü fabrik ve mikroyapı ile mevcut süreksizliklerin etkisi sonucunda farklı yönlere göre değişik dayanım ve deformasyon göstermesi olarak tanımlanmaktadır. Kaya kütlesi ortamlarında, inşa edilecek tünel, şev vb. mühendislik yapılarının tasarımında ekonomikliğin ve güvenliğin sağlanması, mevcut anizotropinin dayanım ve deformasyon özelliklerinin doğru ve ayrıntılı bir şekilde tanımlanması ile yakından ilişkilidir. Anizotropi yaygın olarak metamorfik kayalarda, minerallerin yerleşimi ile etkilendiği tektonik gerilme ve deformasyon davranışlarına bağlı olarak görülmektedir. Metamorfik kayalardan farklı olarak ise ince laminalı veya tabakalı sedimanter kayalarla bazı volkanik kayalarda da ortaya çıkmaktadır (Amadei, 1996). Mühendislik projelerinde ilk olarak konunun amacı ve sınırları belirlendikten sonra hangi tür anizotropinin etkili olduğu, anizotropi özelliklerinin belirlenmesi, bu özelliklerin tanımlanabilmesi için hangi deney yöntemlerinin kullanılacağı iyi bir şekilde belirlenmelidir. Kayalarda iki tür anizotropiden bahsedilir. Bunlardan birincisi, kayayı oluşturan malzemenin dizilimi, foliasyon ve klivaj gibi yapısal unsurların etkili olduğu bünyesel anizotropidir. Diğeri ise, kayanın, oluşum sürecinden itibaren etkilendiği gerilmelerin ve bunun neticesinde meydana gelen süreksizliklerin etkili olduğu anizotropidir (Ramamurthy, 1993). Kayalarda mevcut olabilecek anizotropinin özellikleri, dayanım anizotropisi ve deformasyon anizotropisi olarak sınıflandırılmaktadır. Bu özelliklerin belirlenebilmesi için kayaların, uygulanan yüklere karşı, değişik yönlerde göstermiş olduğu farklı dayanım ve deformasyon davranışlarının tanımlanması gerekmektedir. Bu davranışların tanımlanması, kayanın sahip olduğu foliasyon, klivaj vb. anizotropi düzlemlerine ya da yönelim düzlemlerine dik, yatay ve değişik açılarda konumlandırılmış örneklere, dayanım ve deformasyon deneylerinin uygulanması ile mümkün olmaktadır. Kayalardaki dayanım anizotropisinin varlığını ve özelliklerini ortaya koymak için özellikle Rao ve ark. (1986), Singh (1988), Ramamurthy ve ark. (1988, 1993, 1994, 22), Singh ve ark. (1989), Ramamurthy (1986, 1993, 21), Nasseri ve ark. 1

16 1. GİRİŞ Yusuf Recep BAYRAK (1996, 23), metamorfik kayalar üzerinde bir çok araştırma yapmışlardır. Bu çalışmalarda elde edilen verilere göre, en yüksek tek eksenli basınç dayanımı, genellikle ve 9 lik, en küçük tek eksenli basınç dayanımı ise genellikle 3 lik yönelim açılarında gerçekleşmiştir. Buna göre, tek eksenli basınç dayanımı (σ c ) ile yönelim açısı (β) eksenleri arasında çizilen eğrinin şekline göre, kaya kütlelerinde görülebilecek anizotropinin tipi; (i) U tipi anizotropi (ii) Omuz tipi anizotropi ve (iii) Dalgalı tip anizotropi şeklinde isimlendirilmektedir. Anizotropinin tanımlanmasında kullanılan bir diğer ölçüt ise kayalardaki anizotropi düzlemlerine göre değişik açılarda konumlandırılmış örneklerden elde edilen en büyük ve en küçük tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin oranlanmasından (σ cmax /σ cmin ) elde edilen anizotropi oranı (R c ) değeridir. Buna göre kayalar, izotropiklik ile çok yüksek anizotropi oranı arasında düşük, orta ve yüksek anizotropiklik şeklinde sınıflandırılır (Singh ve ark., 1989). Anizotropik kayaların deformasyon anizotropisinin tanımlanmasında ise kayaların elastik davranışları için, Amadei (1983, 1996, 1998), Read ve ark. (1987) ve Goodman (1989), çalışmalarında, orthogonal ve transversal anizotropi kavramlarından bahsetmişlerdir. Orthogonal anizotropi, kaya kütlesinin iki ya da üç simetri düzlemi tarafından kesildiği durumlarda ve kayanın sahip olduğu özelliklerin bu üç düzlemde değişmesi durumlarında ortaya çıkmaktadır. Transversal anizotropi ise kaya kütlesinin bir simetri düzlemi tarafından kesildiği durumlarda ortaya çıkmaktadır. Buna göre, kayaların deformasyon anizotropisi özellikleri, bu simetri eksenlerinde belirlenen elastik sabitlerin davranışları ile tanımlanmaktadır. Geçmişte pek çok araştırmacı, dayanım ve deformasyon anizotropisi ile ilgili çok sayıda çalışma yapmış olup, Donath (1964), Chenevert ve Gatlin (1965), Mclomere ve Gray (1967), Hoek (1968), Attawell ve Sandford (1974), Jeager ve Cook (1976) ve Brown ve ark. (1977), şeyl ve sleytlerde, Deklotz ve ark. (1966), Akai (1971), Mccabe ve Koerner (1975), Rao ve ark. (1986), Singh ve ark. (1989), Nasseri ve ark. (1996, 23), gnays ve şistlerde, Pinto (197), Kwasniewski (1983), Amadei (1983, 1996, 1998), Read ve ark. (1987), Ramamurthy ve ark. (1988, 1993, 1994, 22), Ramamurthy (1993), fillit, sleyt ve şistlerde, Horino ve Ellickson (197), Al-Harthi (1998), kumtaşlarında, Pomeroy ve ark. (1971), kömürlerde, 2

17 1. GİRİŞ Yusuf Recep BAYRAK Allirot ve Boehler (1979), diatomitlerde, Tien ve Tsao (2), yapay malzemelerde, dayanım ve deformasyon anizotropisinin doğasını açıklamaya çalışmışlardır. Ülkemizde ise dayanım ve deformasyon anizotropisi hakkında yapılan çalışmalar oldukça sınırlıdır. Kumtepe (1996), grovaklarda, Çolak (1998), kumtaşları ve silttaşlarında anizotropi ile ilgili çalışmalar yapmışlardır. Ancak bu çalışmanın da konusunu oluşturan ve nisbeten daha yüksek şiddette anizotropiye sahip metamorfik türü kayaların dayanım ve deformasyon özelliklerinin yönsel değişimi incelenmemiştir. Orta Anadolu Kristalen Kompleksi, Kırşehir Masifi, Akdağ Masifi, Aksaray Masifi ve Niğde Masifi nden meydana gelmektedir. Niğde Masifi, bu kompleksin çekirdeğini aynı zamanda da en güneydeki parçasını oluşturmaktadır. Niğde Masifi nde, bölgesel ve kontakt metamorfizmanın değişik basınç ve sıcaklık koşullarında meydana gelmiş etkileri gözlemlenmektedir. Masifte genel olarak yüksek basınç-düşük sıcaklık metamorfizmasının hakim olduğu şist, gnays ve mermer litolojileri hakimdir (Whitney ve ark., 21). Bu çalışmada, Orta Anadolu Kristalen Kompleksi nin bir parçasını oluşturan, Niğde Masifi içerisinde yer alan metamorfik kayaların, mühendislik özelliklerinin tanımlanması ve anizotropi özelliklerinin belirlenebilmesi için değişik yönlerdeki dayanım, statik deformasyon ve dinamik deformasyon davranışlarının araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda laboratuvar deneylerinin gerçekleştirilebilmesi için, Niğde Masifi nin Gümüşler ve Kaleboynu formasyonlarından blok boyutunda örnekler alınmıştır. Alınan bu örnekler üzerinde yapılan ince kesitlerden elde edilen verilere göre Gümüşler formasyonu kaya örnekleri, amfibol şist, kalk şist, kuvars mika şist, Kaleboynu formasyonu kaya örnekleri ise metagabro olarak isimlendirilmiştir. Petrografik özelliklerin incelenmesinden sonra laboratuvar deneyleri için gerekli olan silindirik ve yönlü deney numuneleri hazırlanmıştır. Çalışmada uygulanan, fiziksel özelliklerin tayini, tek eksenli basınç dayanımı, dolaylı çekme dayanımı ile statik ve dinamik deformasyon deneyleri için araziden alınan blok boyutundaki örneklerin zayıflık düzlemlerine dikkat edilerek, kayalardaki anizotropi düzlemlerine göre,, 3, 6 3

18 1. GİRİŞ Yusuf Recep BAYRAK ve 9 lik yönelim açısına sahip toplam 224 adet sağlam kaya numunesi hazırlanmıştır. Laboratuvar çalışmalarında uygulanan deneyler, I.S.R.M (1981) ve A.S.T.M (1994) tarafından önerilen deney standartlarına uygun şekilde yapılmıştır. İlk olarak, çalışmada kullanılan örneklerin fiziksel özelliklerini tayin edebilmek için 91 er adet, yoğunluk (ρ), birim hacim ağırlık (γ), porozite (n) ve boşluk oranı (e) deneyleri yapılmıştır. Kayaların dinamik deformasyon özelliklerinin yönsel değişiminin belirlenmesi amacı ile fiziksel özellikleri tayin edilmiş örnekler, sonik hız deneylerine tabi tutulmuşlardır. 91 adet yönlü ve silindirik örnek üzerinde yapılan bu deneylerde, basınç (P) ve kesme (S) dalga hızlarının, örneklerin içinden geçme süreleri hesaplanarak dinamik elastisite modülü değerleri (GPa) elde edilmiştir. Çalışmanın bir sonraki bölümünde ise, kayaların dayanım ve statik deformasyon anizotropisi özellikleri ele alınmıştır. Bu amaç doğrultusunda, hazırlanan, 3, 6 ve 9 lik konum açılarına sahip 98 adet silindirik örnek üzerinde, her yönelim açısı için en az üç adet olacak şekilde tek eksenli basınç dayanımı ve 126 adet disk şeklinde örnek üzerinde dolaylı çekme dayanımı (Brazillian) deneyi yapılmış ve elde edilen sonuçlar ile kayaların yönlere bağlı dayanım özellikleri ile kayalardaki anizotropinin tipi ve derecesi belirlenmiştir. Ayrıca, dayanım anizotropisi gösteren kayalarda, dayanımın yönsel değişimi ile ilgili olarak Singh ve ark. (1989), tarafından önerilen ampirik ilişkilerin, bu çalışmada elde edilen değerler ile olan uygunluğu incelenmiştir. Statik anizotropi özelliklerinin belirlenmesi sırasında ise, kayaların yenilme yüklerinin %5 sine karşılık gelen teğetsel elastisite modüllerinin tespiti için deneylerde kullanılan örneklerin eksenel birim boy değişimleri ölçülmüştür. Teğetsel elastisite modüllerinin yönsel değişimleri ile çalışmada kullanılan kayaların sahip olduğu deformasyon anizotropisi özellikleri tanımlanmıştır. Çalışmanın son bölümünde ise, deneylerde kullanılan her kaya türü için deneylerden elde edilen tek eksenli basınç dayanımı (MPa), P dalgası (km/s), statik elastisite modülü (E st, GPa) ve dinamik elastisite modülü (E dn, GPa) değerleri birbirleri ile korele edilmiş ve aralarındaki ilişkiler basit regresyon eşitlikleri ile ifade 4

19 1. GİRİŞ Yusuf Recep BAYRAK edilmiştir. Elde edilen eşitlikler, yukarıda sözü edilen parametrelerin tahmini değerlerini elde etmek için kullanılmıştır. Yukarıda bahsedilen toplam 224 adet numune üzerinde yapılan 89 adet deneyden elde edilen değerler, Niğde Masifi temel kayalarının dayanım ve deformasyon anizotropisi özelliklerinin yönsel değişimlerinin tanımlanmasında kullanılmıştır. Buna göre, çalışmaya konu olan sağlam kayalardaki anizotropi düzlemleri göz önüne alınarak elde edilen elastik sabitlere göre, transversal anizotropi koşulları belirlenmiştir. Niğde Masifi temel kayalarının dayanım anizotropisi U tipi, derecesi ise genellikle orta derece anizotropi olarak belirlenmiştir. Ayrıca çalışmanın son bölümünde uygulanan istatistiksel çalışmalarda, dayanım, statik deformasyon ve dinamik deformasyon deneylerinden elde edilen değerler arasında yüksek korelasyon katsayısına sahip ilişkiler elde edilmiştir. 5

20 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Literatür çalışması kapsamında, Orta Anadolu Kristalen Kompleksi nin bir parçası olan Niğde Masifi ve bu masifin metamorfik birimlerinde gözlemlenen dayanım ve deformasyon anizotropisinin belirlenmesi ve bu amaç doğrultusunda uygulanan deney çalışmaları ile ilgili önceki çalışmalar, mümkün olduğunca geniş bir düzeyde taranmaya çalışılmıştır. Elde edilen veriler, genel jeoloji, kayaların dayanım anizotropisi ve kayaların deformasyon anizotropisi ile ilgili olarak ayrı ayrı başlıklar altında özetlenmiştir Genel Jeoloji ile İlgili Önceki Çalışmalar Göncüoğlu (1977), Niğde Masifi ni oluşturan tüm kayaların Paleozoyik- Mesozoik yaşlı olduğunu ve Niğde Masifi nin yapısal olarak en alt birimini Gümüşler formasyonunun oluşturduğunu belirtmiş ve formasyonun birincil olarak pelitik ve yarı pelitik şistlerden ve gnayslardan, ikincil olarak da kalk-silikat amfibolit, kuvarsit ve mermerlerden meydana geldiğini ifade etmiştir. Gümüşler formasyonunu ise alttan üste doğru, ince tabakalı metaklastik ve matakarbonat şistlerden oluşan Kaleboynu formasyonu, baskın olarak mermer ile birlikte amfibolit, kuvarsit, şist ve meta-ultramafik kayalardan oluşmuş Aşıgediği formasyonu ve Sineksizyayla Metagabro sunun takip ettiğini ifade etmiştir. Ayrıca Niğde Masifi içerisindeki Üçkapılı Granadiyoriti nin, tüm bu formasyonları magmatik intrüzyonları ile kesmekte olduğunu ve Niğde Masifi içerisinde pek çok dayk sokulumunun yer aldığını belirtmiştir. Göncüoğlu (1981a, 1981b, 1982) ve Whitney ve Dilek (1997, 1998a, 1998b), Niğde Masifi nin, Orta Anadolu kristal kompleksinin çekirdeğini oluşturduğunu, yapısal olarak kompleksin güney kanadında, Ulukışla Baseni nin Mesozoyik ve Alt Tersiyer çökelleri ile Kuzey Anadolu Fay Zonu nun Ecemiş Fay ı Tersiyer çökellerinin bulunduğunu ifade etmiştir. Ayrıca masifin, uzunluğu ve çapı 25 km yi geçen dom şeklinde olduğunu, metamorfizma basıncı, sıcaklığı ve tektonik gelişimi bakımından diğer metamorfik kütlelerden oldukça farklı bir yapıda olduğunu belirtmişlerdir. 6

21 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK Göncüoğlu (1982, 1986) ve Seymen (1984), Orta Anadolu Kristalen Kompleksi ni oluşturan masiflerde, değişik metamorfizma derecesi ile sıcaklık ve basınç değerlerini temsil eden, farklı mineral ve kaya grupları içeren formasyonların göze çarptığını ve genel olarak bu formasyonların, aşağıdan yukarıya doğru: (i) metapelitik ve yarıpelitik gnays ve şist gibi yüksek dereceli metamorfizmaya uğramış amfibolit fasiyesine ait metaklastik kayalar ile amfibolit, kuvarsit, mermer ve kalksilikat; (ii) düşük metamorfizma derecesine sahip amfibolit fasiyesi içerisinde yer alan biotit şist, kalkerli kayalar ve amfibolit; (iii) en üstte ise düşük dereceli metamorfizma ile oluşmuş yeşil şist fasiyesine ait kaba taneli kalsit mermer ile birlikte daha az miktarda kalksilikat, kuvarsit, amfibolit ve mika şist ile metaperidotit türü kayalar olduğunu ifade etmiştir. Yalçın (1995), Niğde Masifi içerisinde gözlemlenen birimlerin metamorfik ve örtü kayaları olarak ayrıldığından bahsetmiş ve metamorfik birimlerin, değişik araştırmacılara göre aldığı isimleri bir araya getirmiştir (Çizelge 2.1). Araştırmacı ayrıca, Niğde Masifi formasyonlarını oluşturan Paleozoyik yaşlı metamorfiklerin değişik kalınlıkta olduğunu ve gnays, mermer, şist, kuvarsit ve gabrodan oluştuğunu ifade etmiştir.ayrıca bu birimlerin, Mesozoyik yaşlı Üst Kretase öncesine ait gabro ve granodiyorite bağlı dayklar tarafından kesildiğinden bahsetmiştir. Metamorfik istiflemenin üzerinde ise Neojen yaşlı, Üst Miyosen-Alt Pliyosen e ait kristalli vitrik tüf ve tüfün üzerine de uyumsuz olarak Kuvaterner yaşlı yamaç molozu ve alüvyonun geldiğini belirtmiştir. Erler ve Göncüoğlu (1996), Orta Anadolu Kristalen Kompleksi ni oluşturan tüm masiflerin, granitoidler ve gabro gibi magmatik sokulumlara uğradıklarını belirtmişlerdir. Whitney ve Dilek (2), Orta Anadolu Masifi hakkındaki çalışmalarında, masifin kuzeybatıda Kırşehir Masifi, doğuda Akdağ Masifi ve güneyde Niğde Masifi olmak üzere 3 metamorfik parçadan oluştuğunu ifade etmiştir. 7

22 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK Çizelge 2.1. Niğde Masifi metamorfik birimlerinin, değişik araştırmacılara göre almış olduğu isimler (Yalçın, 1995 den). TROMB 1942 TCHIHATCHEF 1869 BULUMENTAL 1952 Niğde Serisi (Devoniyen) Mikaşistler Killi Şistler Beyaz Mermerler Niğde Kompleksi (Paleozoyik) KLEYN 1977 VILJEEN ve İLERİ 1972 GÖNCÜOĞLU 1977 Alt Seri Maden Formasyonu Gümüşler Formasyonu Orta Seri Ilıca Formasyonu Kaleboynu Formasyonu Üst Seri Kılavuz Formasyonu Çamardı Formasyonu Aşıgediği Formasyonu ÖZGÜNEYLİ 1978 ÖZGÜR ve ark., 1984 ATABEY ve ark., 1986 Alt Seri Gümüşler Formasyonu Gümüşler Formasyonu Orta Seri Kaleboynu Formasyonu Kaleboynu Formasyonu Üst Seri Aşıgediği Formasyonu Çamardı Formasyonu Aşıgediği Formasyonu Çamardı Formasyonu Whitney ve Dilek (1998b), Niğde Masifi nde yapmış oldukları sıcaklık-basınç ölçümü çalışmalarında, bölgesel metamorfizmanın genelde 5-6 kbar basınç ve yaklaşık 6ºC sıcaklıkta meydana geldiğini belirtmişselerde, Whitney ve ark., (21) çalışmalarında, Niğde Masifi orta bölgesinde gözlenen şistler üzerinde yaptıkları çalışmalarda metamorfizmanın daha yüksek basınç (>6 kbar) ve düşük sıcaklık koşullarında meydana geldiğini belirtmişlerdir. Whitney ve ark. (21), Orta Anadolu Masifi nin, kuzeybatıda Kırşehir Masifi, doğuda Akdağ Masifi, batıda Aksaray Masifi ve güneyde Niğde Masifi olmak üzere dört parçadan oluştuğunu ve masifin, kuzeyde İzmir-Ankara-Erzincan sütur zonu, batıda sağ yönlü doğrultu atımlı Tuzgölü fayı ve doğuda sol yönlü doğrultu atımlı Ecemiş ve Orta Anadolu Fay Zonu ile sınırlandığını belirtmişlerdir (Şekil 2.1). 8

23 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK. Şekil 2.1. Türkiye deki masifleri gösteren harita (Akıman ve ark., 1993 den). Haritada koyu renk ile gösterilmiş bölgeler Orta Anadolu Masifinin metamorfik kayalarını (Mağmatik sokulumlar ve volkanik birimler gösterilmemiştir), açık renk ile gösterilmiş bölgeler ise Türkiye nin diğer masiflerini ve Torit kuşağına ait karbonatları işaret etmektedir. Burada, AM: Akdağ Masifi, KAF: Kuzey Anadolu Fay Zonu, EF: Ecemiş Fayı, IAESZ: İzmir-Ankara-Erzincan sütur zonu, KM: Kırşehir Masifi, NM: Niğde Masifi, AkM:Aksaray Masifi TGF: Tuzgölü Fayı dır. 9

24 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK 2.2. Kayaların Dayanım Anizotropisi ile İlgili Önceki Çalışmalar Mclamore ve Gray (1964), kayaların bir ya da daha fazla düzlem tarafından kesilmesi durumunda ve örneklerin bu düzlemler boyunca kırılması halinde U tipi anizotropi görüleceğini ve en yüksek tek eksenli basınç dayanımı değerinin β=9 de gerçekleştiğini belirtmişlerdir. Mclamore ve Gray (1967), kayalardaki anizotropiyi kökensel olarak sınıflandırmıştır. Buna göre anizotropi: (i) düzlemsel tip anizotropi ve (ii) çizgisel tip anizotropi olarak değerlendirilir. Düzlemsel tip anizotropi, şist ve sleyt gibi kayalarda klivaj veya şistozitenin etkisi ile meydana gelir. Çizgisel tip anizotropi ise, klivaj veya şistozite olmaksızın tabakalanma düzlemleri ile ilgilidir. Çizgisel tip anizotropide kaya malzemesinin tabakalanmaya bağlı dizilimi önem kazanmaktadır. Jeager ve Cook (1976), kayaların hiçbir süreksizlik içermeseler bile, oluşumları esnasında kazandıkları özelliklere bağlı olarak anizotropik olabileceğini, kayalardaki anizotropiyi tanımlayabilmek için ise dayanımın, yönelim diğer bir deyiş ile konum açısına göre değişiminin gözlemlenmeye çalışılması gerektiğini belirtmiştir. Araştırmacılar, yönelim açısını (β), anizotropi düzleminin (tabakalanma, eklem, foliasyon, klivaj vb.) düşey ile yapmış olduğu açı olarak tanımlamıştır (Şekil 2.2 ve Şekil 2.3). Şekil 2.2. Yönelim açısının (β) tanımı. 1

25 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK Şekil 2.3. Farklı yönelim açılarında (β) hazırlanmış silindirik karot örnekleri (Nasseri ve ark., 23 den). Kaya kütlelerindeki dayanım anizotropisinin varlığını ve özelliklerini ortaya koymak için özellikle, Ramamurthy (1993), Singh (1988), Singh ve ark. (1989), Nasseri ve ark. (1996, 23), metamorfik kayalar üzerinde bir çok araştırma yapmışlardır. Çalışmalar sonucu elde edilen verilere göre, tek eksenli basınç dayanımı ve yönelim açısı arasında çizilen eğrinin şekli değerlendirilerek, kayalardaki dayanım anizotropisinin özellikleri, derecesi ve en yüksek ile en küçük basınç dayanımlarının değerleri ile kritik yönelim açıları belirlenebilmektedir. Singh ve ark. (1989), kayalarda, en yüksek tek eksenli basınç dayanımının, yönelim başka bir deyişle konum açısının β= veya 9 olduğu, en küçük tek eksenli basınç dayanımının ise β=3 ya da (45-φ)/2 olduğu durumlarda meydana geldiğini belirtmişlerdir. Burada φ; kaya bünyesindeki gevrek, çatlak veya kayma düzlemlerinin içsel sürtünme açısı olarak tanımlanmıştır. Araştırmacı ayrıca, kayaların malzeme dizilimlerinin, eklem, tabakalanma, foliasyon ve klivaj düzlemlerinin etkilediği anizotropinin tanımlasında kullanılan diğer bir ölçütün de anizotropi oranı (R c ) olduğunu ifade etmiş ve anizotropi oranını (R c ), ve 9 11

26 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK arasındaki değişik yönelim açılarında elde edilen tek eksenli basınç dayanımı değerlerinden, 9 deki basınç dayanımının (σ c9 ), elde edilen en düşük basınç dayanımına (σ cmin ) oranı (σ cmax /σ cmin ) olarak tanımlamıştır. Bu değerlere göre kayalar, izotropiklik ile çok yüksek anizotropi oranı arasında düşük, orta ve yüksek anizotropiklik şeklinde sınıflandırılmıştır (Çizelge2.2). Bunun yanısıra, anizotropik kayalardaki en yüksek ve en küçük tek eksenli basınç dayanımı değerleri oranının (σ cmax /σ cmin ) belirli sınırlar içerisinde olduğunu ve bu sınırların kayaların kökenlerine bağlı olmasından dolayı dikkatle incelenmesi gerektiğini belirtmiştir. Çizelge 2.2. Kayaların anizotropi oranına göre sınıflandırılması (Ramamurthy, 1993 den) Anizotropi Oranı (σc max /σc min ) Anizotropi Tanımı Örnek Kaya Tipi İzotropik Kumtaşı Düşük Anizotropi Kumtaşı-Şeyl Orta Anizotropi Şeyl-Sleyt-Fillit Yüksek Anizotropi Sleyt ve Fillit >6. Çok Yüksek Anizotropi Sleyt ve Fillit Araştırmacı, U tipi anizotropi gösteren kayalarda,, 3 ve 9 lik yönelim açılarındaki tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin bilinmesi koşulunda, diğer β açılarına karşılık gelen σ c değerlerinin tahmin edilebileceğini vurgulamış ve bu durumu aşağıdaki eşitlik ile açıklamıştır. σ cj = A B [cos2(δ-β)] (1) Burada, σ cj ;, 3 ve 9 dışındaki herhangi bir yönelim açısındaki tek eksenli basınç dayanımını, δ; tek eksenli basınç dayanımının en küçük olduğu yönelim açısı değerini (genellikle 3 olarak kabul edilmektedir), β; basınç dayanımı değerinin bulunması istenen yönelim açısı değerini, Ave B ise, kaya örneği için belirlenebilen katsayıları ifade etmektedir. Bu katsayılar β= ve β=3, β=3 ve β=9 deki ( β δ ve δ β 9 ) tek eksenli basınç dayanımı değerleri kullanılarak hesaplanabilmektedir. Singh ve ark., (1989), fillitler üzerinde yaptığı çalışmada, tek eksenli basınç dayanımı ve yönelim açısı arasında çizilen eğrinin şekline göre U tipi 12

27 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK anizotropi görüldüğünü belirtmiş, deneysel ve öngörülen basınç dayanımı verilerini Şekil 2.4 deki gibi ifade etmiştir. Preist (1993) ve Brady ve Brown (1993), anizotropi oranının tespit edilmesinde σ c9 yerine σ cmax değerinin kullanılmasının daha doğru bir sonuç verebileceğini belirtmiş bunun nedeni olarak da en yüksek tek eksenli basınç dayanımı değerinin her zaman σ c9 olmadığını ve bu iki değer arasındaki farkın sleyt ve fillit gibi yüksek ve çok yüksek anizotropi gösteren kayalarda %1 a kadar çıkabileceğini göstermişlerdir. Şekil 2.4. Fillitlerde, hesaplanan ve öngörülen tek eksenli basınç dayanımı ve yönelim açısı arasındaki eğri ( Singh ve ark., 1989). Ramamurthy (1993), kaya kütlelerinde iki tür anizotropiden bahsedildiğini, bunlardan ilkinin, kayayı oluşturan malzemenin dizilimi, foliasyon ve klivaj gibi yapısal unsurların etkili olduğu bünyesel anizotropi olduğunu, diğerinin ise, kayanın oluşum sürecinden itibaren etkilendiği gerilmelerin ve bunun neticesinde meydana gelen süreksizliklerin etkili olduğu anizotropi olduğunu belirtmiştir. Ayrıca, kayaların gerilmeler altındaki davranışlarının, mineral dizilimlerine bağlı olduğunu ve kaya malzemesinin tek eksenli basınç dayanımı altındaki yenilme şeklinin, tek bir yenilme düzlemi ve çoklu yenilme düzlemleri için farklı olduğunu belirtmiştir (Şekil 2.5). 13

28 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK Şekil 2.5. Kaya malzemesinde gözlenen anizotropi modelleri ve bu modeller için çizilen eğriler (Ramamurthy, 1993 den). Buna göre, tek eksenli basınç dayanımı ve yönelim açısı arasında çizilen eğrinin şekline göre üç tip anizotropiden bahsedilmektedir. Bunlar: (i) U tipi anizotropi, (ii) Omuz tipi anizotropi, (iii) Dalgalı tip anizotropidir. U tipi anizotropide, tek eksenli basınç dayanımının en yüksek değeri (σ cmax ) β nın veya 9 olduğu açılarda elde edilirken, en düşük tek eksenli basınç dayanımı (σ cmin ) yaklaşık olarak 3 de elde edilmekte ve bu tip anizotropi genel olarak paralel halde klivaj veya foliasyon düzlemlerinin etkilediği metamorfik kayalarda görülmektedir. Omuz tipi anizotropi ise daha çok şeyl ve kumtaşı türü kayalarda görülmekte ve β nın düşük ve yüksek değerlerinde dayanım hemen hemen sabit kalmaktadır. Bu tip kayalarda, σ cmax değeri, β nın olduğu, σ cmin değeri ise β nın 15 ile 3 arasında olduğu durumlarda ortaya çıkmaktadır. Dalgalı tip anizotropi ise, diatomit gibi biyokimyasal kayalar ile kömür gibi kayalarda, σ cmax değerinin β=9 ve σ cmin değerinin β=3 olduğu durumlarda ortaya çıkmaktadır (Şekil 2.6). 14

29 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK Şekil 2.6. Kayalarda gözlenen anizotropi tipleri (Ramamurthy, 1993 den). Anizotropik kaya kütlelerinin mekanik davranışlarının belirlenmesinde yararlanılan bir diğer ölçüt, dolaylı çekme dayanımı (Brazilian) deneyidir. Hobbs, (1964), ortası delikli diskler üzerinde yaptığı çalışmalarda, foliasyonun dolaylı çekme dayanımı üzerindeki etkisini araştırmıştır. Bu çalışmada, den 9 ye kadar 15 lik artışlarla değişik açılarda örnekler hazırlanmış ve deneye tabi tutulmuştur. Deney sonuçları, tek eksenli basınç dayanımı yüksek olmayan kayalarda en yüksek çekme dayanımının genellikle de, en küçük çekme dayanımının ise 9 de elde edildiğini göstermiştir (Şekil 2.7) (Çolak, 1998 den). Hudson (1969), uygulanan yükün teorik olarak, örneğin orta kısmında, düşey çapa dik yönde çekme gerilmesi oluşturduğunu belirtmiştir. Diskin, çevre yüzünde merkezi gören 1 lik bir yay boyunca yük uygulanması durumunda, diskin orta noktasında oluşan en büyük çekme gerilmesinin, kayacın yenilmesine neden olduğunu belirten araştırmacı, yenilmeye neden olan bu gerilmeyi; 2F σ t = (2) πdt şeklinde ifade etmiştir. Eşitlikte, σ t ; çekme dayanımı (MPa), F; yenilme anındaki yük (kn), D; örnek çapı (mm) ve t, örnek kalınlığıdır (mm) (Amadei, 1998 den). 15

30 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK Şekil 2.7. Yönelim açısı ile çekme dayanımının değişmesi (Çolak,1998 den). Ancak bu noktada aynı zamanda düşey konumda basınç gerilmeleri de bulunmaktadır. Bu nedenle deney, saf çekme deneyi olmamaktadır. Basıncın belirlenmesi sonucunda, diskin merkezinde oluşacak düşey konumlu basınç ve yatay konumlu çekme gerilmeleri de (Şekil 2.8) sırası ile aşağıdaki eşitliklerden hesaplanabilir. Burada α, radyan cinsinden olmalıdır. 2 σ = P x (sin 2α α) (3) π 2 σ = P y (sin 2α + α) (4) π Barla ve Innaurato (1973) de, transversal anizotropi gösteren granodiyoritik gnays ve serpantinli şist örnekleri üzerinde yaptıkları çalışmalarda, anizotropi düzleminin konumu ile dolaylı çekme dayanımı deney sonuçlarını ilişkilendirmek için sonlu elemanlar yöntemini kullanmışlardır. Bu çalışma sonucunda, dolaylı çekme dayanımının hesaplandığı eşitlikteki 2/π (.6366) değerinin, β ile değiştiğini göstermişlerdir. 16

31 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK Şekil 2.8. Dolaylı çekme dayanımı deneyinde disk örneğinde oluşan gerilmelerin dağılımı (Amadei, 1998). Buna göre anizotropi düzlemine dik ve paralel yükleme koşullarında elde edilen elastisite modülü oranı (E 1 /E 2) değeri 1.12 olan kayalarda, bu değer β nın den 9 ye doğru değişmesi durumunda sırası ile.634 ile.59 arasında değerler almaktadır. Bu çalışmada ayrıca, her iki tip kayata çekme dayanımının konum açısına bağlı olduğu ve en küçük değerlerin, şistlerde 6, gnayslarda ise 75 de elde edildiği sonucuna varılmıştır. Ancak iki kayacın yenilme davranışının farklı olduğu görülmüştür. Gnays örnekleri, yük uygulanan çap boyunca yenilmekte iken, şist örnekleri tabakalanma düzlemleri boyunca yenilmektedir. Şistlerde karşılaşılan bu durum, çekme dayanımının hesaplanmasında kullanılan formülün bu gibi durumlarda kullanılamayacağı kuşkusunu ortaya çıkarmıştır (Amadei, 1998). Dolaylı çekme dayanımı yönteminin uygulanmasında araştırmacıların ilgi gösterdiği en önemli konu anizotropik özellik gösteren kayaların yenilme davranışıdır. Bu konu, yöntemin bir sınırlaması olarak ortaya atılmış ve bir çok araştırmacının ilgisini çekmiştir. Bu çalışmaların sonucuna göre, dolaylı çekme yönteminin dayanımı düşük kayalardan çok dayanımı yüksek kayalarda kullanabileceği görüşü olmuştur. Hoek (1964), çalışmasında, çekme dayanımının, tek eksenli basınç dayanımının %15 inden büyük olması durumunda dolaylı çekme dayanımı yönteminin uygulanamayacağını ileri sürmüştür (Amadei, 1998). 17

32 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK Orr (1981) deki çalışmasında, tek zayıflık düzlemi içeren kayalar üzerinde yaptığı dolaylı çekme dayanımı deney sonuçlarına göre, bu düzlem üzerindeki çekme dayanımının β= (45 -φ) / 2 de en küçük olduğunu belirtmiştir. Yine bu çalışmada, mevcut düzlem üzerindeki dolaylı çekme dayanımının aşağıdaki eşitliğe uygun olarak değiştiği belirtilmiştir (Çolak, 1998 den). eeklem σ t = (5) sin 2β (1 + cot β tanφ) Burada e eklem, eklemin kohezyonu (Pa); β ise eklemin yatay ile yaptığı açıdır. Singh ve ark. (1989), fillit ve sleytlerde, β ile çekme dayanımının değişimini incelediği çalışmasında, en yüksek çekme dayanımının β= de, en küçük çekme dayanımının ise β=9 de elde edildiğini belirtmiş ve basınç dayanımı ile dolaylı çekme dayanımı oranının (σ c /σ t ), β ile değişiminin oldukça dikkat çekici olduğunu ifade etmiştir. Bu ilişkiye göre, β, 6 den 9 ye doğru artarken (σ c /σ t) oranında hızlı bir artış meydana gelmektedir. Bu artış, kayaların anizotropi oranlarındaki (Rc) artma miktarı ile doğru orantılı olarak artma eğilimindedir. Bu nedenle, Singh ve ark. (1989), σ c /σ t9 oranının, kayalardaki, dayanım anizotropisinin bir göstergesi olabileceğini belirtmişlerdir (Şekil 2.9). Şekil 2.9. Fillitlerde tek eksenli basınç dayanımı / dolaylı çekme dayanımı (σc/σt) oranının β ile değişimi (Ramamurthy, 1993 den). 18

33 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK Dolaylı çekme dayanımı yönteminin doğrudan yönteme göre bazı avantajları vardır. Bunların bazıları; kullanılan örnek boyutunun kısa olması sayesinde kısa karotlar üzerinde uygulanabilir olması, örnek hazırlamanın kolay olması ve deney aletinin çok basit olmasıdır. Ayrıca, tek eksenli basınç dayanımı ile dolaylı çekme dayanımı arasında farklı kaya türleri için ilişkiler kurulabilir (Pells, 1993). Hwong ve Nihei (1995), transversal izotropi gösteren dolomit, kumtaşı ve kireçtaşları üzerinde yaptıkları dolaylı çekme dayanımı deneyleri sonucunda, dolomit ve kireçtaşlarında dayanım anizotropisi görülmediğini fakat, kumtaşlarında sonuçların farklı olduğunu belirtmişlerdir. Buna göre, tabakalanmaya paralel yükleme yapılması durumunda, tabakalanmaya dik yükleme yapılması durumundan %3-35 daha düşük değerler elde edilmektedir. Chen ve ark. (1996), belirgin olarak tabakalanma düzlemleri içeren kumtaşı ve şeyl üzerindeki çalışmalarında, izotropik kayalar için geçerli olan ve dolaylı çekme dayanımının hesaplanmasında kullanılan eşitliğin anizotropik kayalarda kullanılmasının yanıltıcı olabileceğini belirtmişlerdir. Bu araştırmacılara göre düzlemsel izotropik ve ortotropik kayalarda aşağıdaki eşitlik geçerlidir: F σ t = q (6) πdt Buradaki q, beş elastik sabite bağlı olarak açıklanan gerilme birikmesi (yığılması) katsayısı olarak tanımlanmaktadır. α= için, kaya izotropik olduğunda veya örnekler düzlemsel izotropi düzlemine paralel olarak hazırlandığında q, 2 değerini almaktadır. Çalışmada, en büyük çekme dayanımının β= de elde edildiği kayalarda, den 9 ye doğru olan konum açılarında bu değerin 2.5 ile arasında değiştiği belirlenmiştir. Nasseri ve ark. (1996), dolaylı çekme dayanımı değerlerinin, kayaların anizotropi oranlarının belirlenmesinde kullanılabileceğini ancak dolaylı çekme dayanımı (σ t ) değerleri seçilirken, en yüksek değerin β= de, en küçük değerin iseβ=9 de oluştuğuna dikkat edilmesi gerektiğini vurgulamış ve bu durumda, anizotropi oranını (R c ) ile σ t /σ t9 oranı, kayaların anizotropiklik derecelerinin belirlenmesinde uyumlu olarak kullanılabileceğini belirtmiştir. 19

34 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK 2.3. Kayaların Deformasyon Anizotropisine İlişkin Çalışmalar Kayalardaki deformasyon anizotropisin tanımlanabilmesi için Gerrard (1982b), Lama ve ark. (1974), Lama ve Vutukiri (1978), Kwasniewski (1983), Worotnicki (1993) ile Amadei ve Tonon (22) ayrıntılı çalışmalar yapmışlardır. Kwasniewski (1983), fillit, sleyt, kumtaşı, kalker, granit vb.. kayalar üzerindeki deneylerinde bulduğu verilere göre bağımsız makaslama (rijitlik) modülünün aşağıdaki ilişki ile yaklaşık olarak %1 luk bir hata payı ile hesaplanabileceğini belirtmiştir. G E E E1 + ( 1+ 2υ 2 ) E (7) 2 Worotnicki (1993), 2 adet statik ve dinamik deney sonucunda kayaların mineral dokusu ve elastisite modülü (E) arasında önemli bazı ilişkiler tespit etmiştir. Buna göre; kuvars feldspat ve bazik/litik kayalar düşükten orta dereceye doğru anizotropi gösterir ve deneylerinin %7 inde, anizotropi düzlemine dik ve paralel ölçülen elastisite modülleri oranı (E 1 /E 2 ) yaklaşık 1,3, %8 inde ise 1,5 bulunmuştur. Bunun yanında sadece %3 lük bir dilimde bu oran 2 den büyük çıkmıştır. Pelitik kil ve pelitik mika türü kayaların hepsi yüksek oranda anizotropi göstermekte ve elastisite modülü oranları deneylerin %33 ünde yaklaşık 1,5, %5 sinde ise 2 ye yakın çıkmıştır. Çalışmalarda elastik sabit oranı 6 ya hiç çıkmamış ve genellikle 4 den aşağıda tespit edilmiştir. Son olarak karbonatlı kayalarda yapılan değerlendirmelerde düşük oranda anizotropi tespit edilmiş ve oranının 1,7 yi geçmediği belirtilmiştir. Amadei (1996), sağlam kayaların, ağaç ve yapay malzemeler gibi diğer mühendislik malzemelerine oranla daha düşük deformasyon anizotropisine sahip olduğunu belirtmiştir. Anizotropik kayalardaki gerilme ve birim deformasyon ilişkilerinin tanımlanmasında kullanılan sayısal modellemelerin, Hooke Yasası ile tanımlanan lineer elastisite kavramı ile açıklanabileceğini, anizotropik kayalardaki deformasyon anizotropisinin, gerilme ve birim deformasyonlar arasındaki sayısal modellemeler ile belirlenebileceğini ancak ortamdaki süreksizliklerin sayısının artması ile bu modellemelerin gerçekleşmesinin oldukça güçleşeceğini vurgulamıştır. 2

35 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK Bu nedenle, modellemelerin yapılması sırasında ortamdaki süreksizliklerin sınırlandırılmasının gerektiğini belirtmiş ve ortamın tek bir süreksizlik tarafından kesilmesi durumunda transversal anizotropi, iki ya da üç süreksizlik tarafından kesilmesi durumunda ise orthogonal anizotropinin oluştuğunu belirtmiştir. Lekhnitskii (1977), Hooke Yasası ile açıklanan lineer elastisite kavramının temelinin, elastik sabitler ve gerilme-birim deformasyon eşitliklerinden oluşturulan bir matristen oluştuğunu ve bu matrisin, malzeme içerisindeki simetri elemanlarının konumuna göre yazıldığını belirtmiştir. Amadei ve Stephanson (1997), herhangi bir simetri elemanı (süreksizlik düzlemi, foliasyon düzlemi, vb.) içermeyen ve tam simetri durumunun söz konusu olduğu izotropik bir kaya için, kartezyen koordinatlarında genelleştirilmiş, etkiyen gerilmeler ile meydana gelen deformasyonların arasındaki ilişkiyi uygunluk matrisi ile tanımlamışlardır. Eşitliklerin içerdiği 36 adet katsayının 21 tanesinin elastik sabitlerden farklı olarak bağımsız sabitlerden tarafından belirlendiğini, bir başka deyiş ile bu 36 adet elastik katsayının, uygunluk matrisinin simetrik bir matris olmasından dolayı 21 adete gerilediğini belirtmişlerdir. Bu durumda izotrop bir kaya için yazılabilek uygunluk matrisini aşağıdaki gibi düzenlemişlerdir: 1 E ε x ε y ε z = γ xy γ yz γ zx υ υ E E 1 υ E E 1 E 2(1 + υ) E 2(1 + υ) E 2(1 + υ) E σ x σ (8) y σ z τ xy τ yz τ zx Bu matrise göre, izotrop bir kayadaki gerilme-birim deformasyon ilişkilerini ise aşağıdaki ilişkiler ile belirlemişlerdir: [ σ ν ( σ σ )] ε x = 1 x y + z (9) E [ σ ν ( σ σ )] ε x = 1 y x + z (1) E 21

36 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK [ σ ν ( σ σ )] ε x = 1 z x + y (11) E γ 1 = (12) yz xz yz G τ γ 1 = (13) xy xz G τ γ 1 = (14) xy G τ E G = (15) 2 1+ν ( ) İzotropik bir cisimde rastgele konumlandırılmış bir koordinat sistemine göre, gerilme-birim deformasyon arasındaki ilişki ise aşağıdaki eşitlikler ile ifade edilmektedir: [( v) ε x + vε y vε z E σ x = 1 + ] (16) 2 1 v 2v [( v) ε y + vε x vε z E σ y = 1 + ] (17) 2 1 v 2v [( v) ε z + vε x vε y E σ z = 1 + ] (18) 2 1 v 2v τ τ τ xy yz zx E = γ (19) 2 1+ xy ( v) E = γ (2) 2 1+ yz ( v) E = γ (21) 2 1+ zx ( v) Kaya malzemesinin, birbirine dik yönde bulunan ve asal simetri yönleri olarak anılan iki ya da üç adet simetri düzlemi tarafından kesilmesi ve kayanın sahip olduğu özelliklerin bu üç düzlemde değiştiği durumunda orthogonal anizotropi koşullarının gelişeceğini ifade etmişler ve orthogonal simetri eksenleri için yazılacak uygunluk 22

37 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK matrisi için kullanılan elastik sabit sayısının 9 olduğunu belirtmişlerdir. Orthogonal anizotropi için yazılan uygunluk matrisi: ε x ε y ε z γ xy γ yz γ zx 1 υyx υ zx Ex Ey Ez 1 υzy E y E σ z x σ 1 y E σ z z = (22) 1 τ xy G xy τ yz 1 τ zx G yz 1 G zx şeklinde ifade edilmektedir. Kayanın herhangi bir noktasından geçen bir eksen etrafında döndürüldüğünde, bu eksene dik düzlemler içinde cismin sahip olduğu özelliklerin her yönde aynı kalması ve yalnız bu eksen boyunca değişmesi durumunda, transversal (düzlemsel) anizotropinin oluşacağını belirtmişler ve bu tür simetri gösteren kayalar için uygunluk matrisini aşağıdaki gibi düzenlemişlerdir: ε ε ε γ γ γ n s t ns nt st = 1 En υ sn Es υ sn Es υ sn Es 1 Es υ st Es υ sn Es υ st Es 1 Es 1 G ns 1 G ns 2(1 + υ st ) Es σ σ σ τ τ τ n s t ns nt st (23) Transversal anizotropik kayalar için gerilme-birim deformasyon ilişkilerini için aşağıdaki eşitliklerin kullanılabileceğini belirtmişler ve transversal anizotropi durumunun 5 adet elastik sabit ile tanımlandığını, bu sabitlerin simetri düzlemine 23

38 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK paralel ve dik konumda bulunan teğetsel elastisite modülleri (E 1 ve E 2 ), simetri düzlemindeki makaslama modülü (G 2 ) ve simetri düzlemine dik poisson oranları (υ 1 ve υ 2 ) olduğunu belirtmişlerdir. ε ε ε 1 v x = ( σ x v σ 2 1 y ) σ z (24) E1 E2 1 v y = ( σ y v σ 2 1 x ) σ z (25) E1 E2 v 2 1 z = ( σ x + σ y ) + σ z (26) E1 E2 γ 1 yz yz G τ 2 = (27) γ 1 xz xz G τ 2 = (28) γ 1 xy xy G τ 2 = (29) İzotropik, transversal anizotropik ve orthogenal anizotropik davranışlar için önerilen uygunluk matrislerinde, simetri eksenlerine etki eden gerilmelerin ve bu yönlerdeki elastik sabitlerin bilinmesi halinde, birim deformasyonlara rahat bir biçimde ulaşılabilineceğini belirtmiş ve mühendislik problemlerinde bu matrislerin kullanımının, karışık denklem çözümlerinden daha kolay ve pratik çözümler getireceğini vurgulamışlardır. Wittke (199), sağlam kaya örnekleri üzerinde yapılan deney sonuçlarına göre, ν 1 ve ν 2 nin her zaman.5 den küçük olduğunu fakat ν 3 ün bazı durumlarda.5 den büyük olabileceğini göstermiştir. ν 3 için üst sınırın.5 kabul edilmesi durumunda, ν 2 için de aşağıdaki ilişkiden bahsetmiştir. Ayrıca, ve 9 lik konum açılarından farklı herhangi bir konum açısındaki Young modülü (E β ) bilinmesi durumunda, makaslama (rijitlik) modülünün aşağıdaki eşitlikler kullanılarak bulunabileceğini belirtmiştir (Exadaktylos, 21 den) cos β sin β 1 2υ β = + + cos β sin β E1 E2 G2 E2 E (3) 24

39 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK G 2 1 = (31) υ 2 cos β sin β E sin β cos β E E sin β E cos β β E 2 υ 2 (32) 2 E1 Hatzor ve Palchic (1998), anizotropik kaya kütlelerinde, artan elastisite modülü değerlerinde, kaya kütlesi dayanımının da arttığını belirtmişlerdir. Gatalier ve ark. (22) ve Nasseri ve ark. (23), lineer elastik sınırlar içerisinde ve tek eksenli basınç altında, elastisite modülü değişimini farklı yönelim açılarında incelemişlerdir (Şekil 2.1a ve 2.1b). (a) (b) Şekil 2.1. a) Elastisite modülünün tek eksenli basınç altında farklı yönelim açılarındaki değişimi a) (Nasseri ve ark. 23 den) b) (Gatalier ve ark., 22 den). Exadaktylos (21), lineer elastisite teorisinin, transversal izotropi durumunda Poisson oranı için üst sınır koymadığını, elastik sabitler arasında aşağıdaki ilişkinin var olduğunu belirtmiştir. 2ν 2 ν 3 < 1-ν 1 (33) E ν 3 = 1 *υ 2 E 2 (34) 25

40 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK Ayrıca, deneysel olarak simetri düzlemine dik yönde oluşan makaslama modülünün ölçülmesi zor olduğundan bu elastik sabiti, diğer elastik sabitleri kullanarak bulmak için bazı çalışmalar yapmış ve aşağıdaki eşitliği ileri sürmüştür: E 2 G 2 (35) E υ 2 E1 Kolsky (1963), P ve S dalga hızlarından elastisite modülü Poisson oranı ve rijitlik modülünü belirlemek için elastik teoriden aşağıdaki ilişkileri kurmuştur. 2 E din = Vs 2 3( V p / Vs ) 4 ρ (37) 2 ( V / V ) 1 p s ν din = 1 2 ( V p ( V p / V s / V s ) ) (39) King (1983), statik elastik modüllerin, dinamik elastik modüllerden daha düşük çıkmakta olduğunu ifade etmiştir. Bunun nedeni olarak, kaya içinde bulunan mikroçatlakların, birim deformasyonları daha çok etkilemesini göstermiş, mikroçatlak oluşumunun düşük olduğu yerlerde, statik modüllerin dinamik modüllere yaklaşmakta olduğunu belirtmiştir. Düşük gözenekli şist örneklerinde, statik ve dinamik modül değerleri arasındaki farkın nedeninin birim deformasyonlar olduğunu ve düşük birim deformasyonlarda eşitlendiklerini belirtmişlerdir. Siggins (1993), sonik hız deneylerinde, dalga hızlarının belirlenmesinde iki farklı yöntemin yaygın olarak kullanılmakta olduğunu, bunlardan birincisinde, doğrudan P ve S dalgalarının belirli boydaki kaya örneği içinden geçiş zamanının ölçüldüğünü (Şekil 2.11), ikinci yöntemde ise boy-çap oranı en az 1 olan bir çubukta meydana gelen salınım frekansının ölçülerek dalga hızlarının hesaplanabildiğini ifade etmiştir. Ayrıca ikinci yöntemde frekansın hassas bir şekilde ölçülmesi mümkün olduğundan sonuçların daha doğru olacağını belirtmiştir. Ayrıca, statik ve dinamik yolla elde edilen elastisite modülü değeri arasında önemli bir farklılığın (dinamik modül statik modülden %3 daha büyük) olduğunu belirtmiştir. 26

41 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK Şekil Sonik hız ölçümlerinde kullanılan düzeneğin şematik gösterimi (Siggins, 1993 den). McDowell (1993), sismik ölçümler sonucunda elde edilen verilerin doğru bir şekilde değerlendirilebilmesi için dalgaların ortam içinde yayılımını etkileyen faktörlerin bilinmesinin gerektiğini belirtmiş, kaya içinde sismik dalgaların yayılım hızlarının ölçümünün, litoloji ve porozite tayini ile birlikte diğer pek çok mühendislik çalışmasında yaygın olarak kullanılabileceğini ifade etmiştir. Araştırmacı, gerilme ile dalga hızının değişiminin, yer altı kazıları için önemli bir rol oynamakta olduğunu vurgulamış, laboratuvar ve arazide elde edilen sismik deney sonuçlarının birlikte değerlendirilmesi ile kaya kütlesinin çatlaklanma durumunun belirlenebileceğini söylemiştir. Dalga hızlarının, gerilmelerin belirli bir dereceye çıkması halinde belirgin bir artış göstermekte olduğunu, kaya içerisinde mevcut olan çatlakların tamamen kapanmasından sonra gerilme artışının sürmesi halinde, dalga hızlarındaki artışın daha az olduğunu belirtmiştir. Palchic ve Hatzor (22), eksenel gerilmenin dan 2 MPa a çıkması durumunda yükleme yönüne paralel yönde ölçülen P dalga hızının yaklaşık %3 arttığını ve daha sonra hızın sabitlendiğini gözlemlemişlerdir. Ayrıca, şistler üzerinde yaptıkları çalışmalarda, gerilmelerin artması ile P ve S dalga hızlarının arttığını belirtmişlerdir. Dinamik modülün statik 27

42 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yusuf Recep BAYRAK modülden %15 ile %7 arasında daha büyük olduğunu ancak ikisi arasında iyi bir ilişkinin de var olduğunu belirtmişlerdir. Bu araştırmacılara göre, kaya litolojisine bağlı olarak,.68 ve.79 gibi iki faktör kullanılarak dinamik ve statik modüller arasında dönüşüm yapma olasılığı bulunmaktadır. Aynı araştırmacılar, statik ve dinamik Poisson oranları arasındaki farklılığı da incelemişler ve kuru örneklerden elde ettikleri sonuçlara göre, statik Poisson oranı.15 ile.35 arasında bulurken dinamik Poisson oranını ise.2 ile.25 arasında değiştiğini belirtmişlerdir. (Çolak, 1998 den). Deere ve Miller (1969), King (1983), Babuska ve Pros (1984), Kahraman (21), Yaşar ve Erdoğan (24), dinamik deformasyon deneylerinden elde edilen basınç (P) dalga hızları ile kayaların, yoğunluk, nem içeriği, süreksizlik durumları ile ilişkiler kurulabilineceğini ayrıca tek eksenli basınç dayanımı ve elastisite modülü değerlerinin, yüksek korelasyon katsayısına sahip ilişkilerle tahmin edilebileceğini belirtmişlerdir. 28

43 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK 3. MATERYAL ve YÖNTEM 3.1. Materyal Çalışma materyali olarak, Orta Anadolu Kristalen Kompleksi nin güneydeki parçasını oluşturan Niğde Masifi nin metamorfik birimleri seçilmiştir. Niğde Masifi, Orta Anadolu Kristal Kompleksi nin çekirdeğini oluşturmakta, Ulukışla Baseni nin Mesozoyik ve Alt Tersiyer çökelleri ile Orta Anadolu Fay Zonu nun Ecemiş Fay ı Tersiyer çökelleri ile sınırlandırılmıştır. Niğde Masifi, Orta Anadolu Kristalen Kompleksi ni oluşturan diğer masiflerden, metamorfizma basıncı, sıcaklığı ve tektonik gelişimi ile oldukça farklı bir yapıya sahiptir. Niğde Masifi metamorfik birimleri Paleozoyik-Mesozoyik yaşlı olup yaşlıdan gence doğru, Gümüşler formasyonu, Kaleboynu formasyonu, Aşıgediği formasyonu ve Sineksizyayla Metagabrosu ndan meydana gelmektedir. Üçkapılı Granodiyoriti tüm bu formasyonları magmatik intrüzyonları ile kesmektedir. Niğde Masifi metamorfizması, yüksek basınç ve düşük sıcaklık altında gerçekleşmiştir (Şekil 3.1) (Whitney ve ark., 21). Gümüşler formasyonu, üstte Kaleboynu formasyonu ile uyumluluk göstermekte, Üçkapılı Granadiyoriti, formasyonun tamamını, Sineksizyayla Metagabrosu ise formasyonu kısmen keserek üst taraflara doğru yükselmektedir. Gümüşler formasyonu, ağırlıklı olarak çeşitli gnays ve şist türü kayalarla birlikte bunlar arasında yer alan amfibolit, mermer ve kuvarsit bantlarından meydana gelmiştir. Formasyonun kalınlığı, 5-15 m arasında değişmektedir. Gümüşler formasyonunun üzerine uyumlu olarak gelen Kaleboynu Formasyonu, mermer, kuvarsit, gnays, gabro ve şist türü kayalardan meydana gelmekte ve üstte Aşıgediği formasyonu ile uyumluluk göstermektedir. Üçkapılı Granodiyoriti formasyonun tamamını, Sineksizyayla Metagabrosu formasyonun alt seviyelerini keserek yüzeylenmektedir. Formasyonun kalınlığı 5-6 m. arasındadır (Göncüoğlu, 1986). Aşıgediği formasyonu, stratigrafik olarak Niğde Masifi nin en genç birimlerini oluşturmaktadır. Tabanda Kaleboynu formasyonu ile uyumlu olan formasyonun tamamı Üçkapılı Granodiyoriti ile kesilmektedir. Aşıgediği formasyonunun üst tarafları Üst Miyosen-Alt Pliyosen yaşlı kristalli tüf ve Kuvaterner yaşlı yamaç molozu ile uyumsuz olarak örtülmektedir (Yalçın, 1995). 29

44 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK Şekil 3.1. Niğde Masifi nin farklı sıcaklık ve basınç altında oluşmuş formasyonlarını ve masif içerisindeki magmatik sokulumları gösteren jeolojik harita (Atabey ve ark., 199 dan). 3

45 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK Aşıgediği formasyonunun kalınlığı yaklaşık 2 m dir. Formasyonda yaygın olarak beyaz mermerler gözlemlenmekte, yer alan diğer öemli kaya birimleri ise kuvarsit, mikaşist ve gnaystır (Şekil 3.2) (Yalçın, 1995). Seymen (1984), Kaleboynu formasyonunun, tektonik aktiviteler sonucunda Aşıgediği formasyonuna bindirme yaparak yüzeylendiğini, iki formasyon arasındaki dokanağın geçişli dokanak olduğunu belirtmiştir. Sineksizyayla Metagabrosu, Niğde Masifi nin yeryüzüne çıkmış en zayıf birimidir. Sineksizyayla Metagabrosu, Niğde Masifi nin metamorfik birimleri ile beraber metamorfizmaya uğramıştır. Birim içerisindeki tüm gabrolar değişik aşamalarda deformasyon geçirmiş ve yer yer amfibolitleşmiştir (Akıman ve ark., 1993). Üçkapılı Granodiyoriti, Niğde Masifi nin tüm metamorfik birimlerine sokulum yapmıştır. Ana sokulum düzeyi, Kaleboynu formasyonunun tabanı olmakla birlikte sokulum nedeni ile bu bölgede kontakt metamorfizma ve skarnlaşma meydana gelmiştir (Whitney ve ark., 21). Üçkapılı Granodiyoriti, Niğde metamorfizmasından ve kıvrımlanmasından sonra şimdiki yerine gelmiştir (Bozkurt ve ark., 1995). Niğde Masifi nin metamorfik birimlerinden mikalı şist ve gnayslar, pelitik kayaların, amfibolit ve amfibol şistler, sil, dayk veya bazalt akıntılarının, kalk şistler, killi pelitik kayaların, kuvarsitler, feldspatlı kumtaşlarının,mermerler ise, saf karbonatlı kayaların değişimi sonucu meydana gelmişlerdir. (Whitney ve ark., 21). Çalışmaya konu olan ve Niğde Masifi nin Gümüşler ve Kaleboynu formasyonlarından alınan kayaların minerolojik özellikleri, yapılan ince kesitlerle belirlenmiş ve elde edilen verilere göre, çalışmada kullanılan Gümüşler formasyonu kaya numuneleri amfibol şist, kalk şist, kuvars mika şist, Kaleboynu formasyonuna ait kaya örnekleri ise metagabro olarak isimlendirilmiştir. Hazırlanan ince kesitlerden elde edilen görüntü ve bilgiler doğrultusunda, çalışmada kullanılan kaya türlerinin minerolojik özellikleri belirlenmiştir. 31

46 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK Şekil 3.2. Niğde Metamorfikleri nin, Paleozoyik-Mesozoyik yaşlı formasyonlarını gösteren genelleştirilmiş dikme kesit (ölçeksiz) (Yalçın, 1995 den). 32

47 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK Gümüşler formasyonu içerisindeki amfibol şistlerin (1); dokusu lepidoblastiktir. Kayanın ana minerali amfibol olup, kaya içerisinde %95 den fazla bir oranda bulunmaktadır. Kaya içeresinde küçük, orta, iri özşekilsiz kristaller halinde gözlemlenmektedirler. Genel olarak kristaller küçüktür. Kristallerin kırmızı, sarı, turuncu ve yeşilin tonlarında çift kırınımları vardır. Kristallerde belirgin şekilde yönlenme de gözlenmektedir. Kristaller yeşil ve kahverengi tonlarında pleokrizma ve orta yüksek röliyef sunarlar. Alterasyon sonucunda bazı kristallerde kloritleşme görülmektedir. Kaya içerisinde amfibolden ayrı olarak, %1-2 oranında plajiyoklas ve epidot bulunmaktadır. Plajiyoklaslar genelde özşekilsiz halde amfibolitlerin arasında yönlenmeye uygun şeekilde konumlanmıştır. Gri tonlarında çift kırınıma sahiptirler. Tek nikolde ise pleokrizma ve röliyef sunmamaktadırlar. Alterasyon sonucu, kloritleşme plajiyoklaslarda da gözlemlenmektedir. (Şekil 3.3a). Kayacın ana minerali olan amfibol içerisinde yer yer plajiyoklas kapanımları gözlemlenmektedir. Gümüşler formasyonu içerisindeki amfibol şistlerin (2); dokusu nematoblastiktir. Ana minerali amfibol olup, %9 dan fazla oranda yer almaktadır. Özşekilsiz ve yarı özşekilli orta, iri kristaller halinde gözlemlenmektedirler. Kristallerde belirgin bir yönlenme vardır. Çift nikolde kristaller mavi, yeşil, eflatun, kırmızı, sarı renklerde çift kırınım sunmaktadırlar. Bazı özşekilli kristallerde o kristal için tipik özellik olan iki yönde dilinim (124, 54 ) göstermektedir. Özşekilli kristaller altı köşelidir. Bazı prizmatik kristaller h^(1) ikizi göstermektedir.. Tek nikolde yeşilin tonlarında pleokrizma ve orta yüksek röliyef sunmaktadırlar. Alterasyon sonucu olarak kloritleşme gelişmiştir. Kaya içerisinde amfibollerden farklı olarak %2-3 oranında plajiyoklas ve apatit bulunmaktadır. Plajiyoklaslar genelde özşekilsiz ve küçük orta kristaller halindedir. Kristallerde karlspat ikizlerine rastlanmaktadır. Bazı plajiyoklas kristallerinde yer yer albitleşme gözlemlenmektedir. Bazı kristallerde ise dalgalı sönme belirgin olarak tespit edilmiştir. Tek nikolde pleokrizma ve röliyef sunmamakta ve amfibollerle aynı yönde yönelim göstermekte ve kayacın ana minerali olan amfibol içerisinde ufak kapanımlar şeklindede görülmektedirler. (Şekil 3.3b). Ayrıca, bazı iri plajoklas kristalerinin içerisinde yine plajiyoklas minerali kapanımları yer almaktadır. 33

48 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK (a) (b) Şekil 3.3. Gümüşler formasyonu amfibol şistlerinin ince kesit görüntüleri, (a) amfibol şist 1, (b) amfibol şist 2. Gümüşler formasyonu içerisindeki kalk şistlerin (1); dokusu nematoblastiktir. Kalsit kayacın ana minerali konumundadır. Kaya içerisinde %6-7 oranında bulunmaktadır. Pembe beyaz ve kirli sarı renklerinde çift kırınımları vardır. Kristallerde deformasyon sonucu belirgin bir yönlenme gelişmiştir. Tek nikolde pleokrizma ve röliyef sunmaktadırlar. Kaya içerisndeki bir diğer önemli mineral ise mikadır. Kayacın ana mafik minerali konumundadır. Genelde biyotitlerden oluşmuştur. Kalsitlerle aynı yönde yönelim sunmaktadırlar. Çift ve tek nikolde kahverengi pleokrizma gösterirler. Tek yönde dilinim izi vermekte ve yüksek röliyef göstermektedirler. Alterasyon nedeni ile ileri derecede opaklaşma gerçekleştirmişlerdir. (Şekil 3.4a). Gümüşler formasyonu içerisindeki kalk şistlerin (2); dokusu nematoblastik ve tanelidir. Kayacın ana minerali kalsittir. %8 den fazla oranlarda kaya içerisinde yer almaktadırlar. Pembe beyaz ve kirli sarı renklerinde çift kırınımları vardır. Minerallerde belirgin olmamasına karşın yönlenme görülmektedir. Tek nikolde pleokrizma ve röliyef sunmaktadırlar. Kayacın ana mafik minerali mikadır. Biyotitlerden oluşmuşlardır. Yönelimleri kalsitlerle aynı yöndedir. Çift ve tek nikolde kahverengi pleokrizma gösterirler. Tek yönde dilinim izi vermekte ve yüksek röliyef göstermektedirler. (Şekil 3.4b). 34

49 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK (a) (b) Şekil 3.4. Gümüşler formasyonu kalk şistlerinin ince kesit görüntüleri, (a) kalk şist 1, (b) kalk şist 2. Gümüşler formasyonu içerisindeki kuvars mika şistlerin dokusu nematoblastiktir. Kayanın ana minerali kuvarsdır ve %75 civarında yer almaktadır. Mineraller orta büyük özşekilsiz kristallidir. Gri tonlarında çift kırınımları vardır. Bazı kristaller polikristalen yapıdadır ve dalgalı sönme göstermektedirler. Tek nikolde pleokrizma ve röliyef sunmaktadırlar. Kristaller temiz yüzeyli olup herhangi bir alterasyon göstermemektedirler ancak deformasyonlar sonucu çatlaklar gözlemlenmetedir. Ayrıca ufak kapanımlar halinde mika içermektedirler. Kayacın bir diğer önemli minerali olan mikalar %2 oranında olup genelde biyotitlerden oluşmuşlardır. Prizmatik kristallerde tek nikolde yatay yönde koyu, düşey yönde kahverengi pleokrizma ve orta derecede röliyef bulunmaktadır. Bazı kristallerde alterasyon sonucunda opaklaşma gözlemlenmektedir. Kuvars ve mikalarda belirgin bir yönlenme gözlemlenmektedir. (Şekil 3.5). Şekil 3.5. Gümüşler formasyonu kuvars mika şistinin ince kesit görüntüsü. 35

50 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK Kaleboynu formasyonu içerisindeki metagabrolar (1); taneli doku göstermektedir. Plajiyoklas kaya içerisinde %9 dan fazla miktarda olup ana mineral konumundadır. Orta iri kristaller halinde gözlemlenmektedir. Kristallerde karlspat ve albit ikizlenmeleri bulunmaktadır. Genelinde dalgalı sönme bulunmaktadır. Tek nikolde pleokrizma ve dalgalı sönme vermektedirler. Alterasyon sonucunda kaolen ve albitleşme bulınmaktadır. Kristallerdeki yönlenme fazla belirgin değildir. Kayacın diğer önemli mineralleri kuvars, piroksen ve amfibollerdir. Piroksenlerde belirgin bir amfibolitleşme görülmüştür. Amfibol mineralleri, mafik konumdadırlar. %1-2 oranında yer almakta olup, öz şekilsiz ve özşekilli halde genelde küçük ve iri kristallidirler. Yeşil, kırmızı turuncu renk tonlarında çift kırınım sunmaktadırlar. Öz şekilli kristaller altıgen yapıdadırlar. Bazı öz şekilli kristallerde iki yönde dilinim ikizlenmesi, bazıminerallerde ise h^(1) ikizlenmesi bulunmaktadır. Tek nikolde yeşilin tonlarında pleokrizma ve yüksek röliyef göstermektedirler. Alterasyon sonucunda ise kloritleşme gerçekleşmiştir. (Şekil 3.6a). Kaleboynu formasyonu içerisindeki metagabrolar (2); taneli doku göstermektedir. Plajiyoklas kaya içerisinde %9 dan fazla miktarda olup ana mineral konumundadır. Orta iri kristaller halinde gözlemlenmektedir. Kristallerde karlspat ve albit ikizlenmeleri bulunmaktadır. Genelinde dalgalı sönme bulunmaktadır. Tek nikolde pleokrizma ve dalgalı sönme vermektedirler. Alterasyon sonucunda kaolen ve albitleşme bulınmaktadır. Kristallerdeki yönlenme fazla belirgin değildir. Deformasyon sonucunda kristallerde kırık ve çatlaklar meydana gelmiştir. Kayacın diğer önemli mineralleri kuvars, piroksen ve amfibollerdir. Piroksenlerde belirgin bir amfibolitleşme görülmüştür. Amfibol mineralleri, mafik konumda. %1-2 oranında yer alırlar. Amfiboller tek yönde gelişmiş dilinim izi göstermekte ve küçük plajiyoklas kapanımları göstermektedirler. Yeşil, kırmızı turuncu renk tonlarında çift kırınım sunmaktadırlar. Öz şekilli kristaller altıgen yapıdadırlar. Bazı öz şekilli kristallerde iki yönde dilinim ikizlenmesi, bazıminerallerde ise h^(1) ikizlenmesi bulunmaktadır. Tek nikolde yeşilin tonlarında pleokrizma ve yüksek röliyef göstermektedirler. Alterasyon sonucunda ise kloritleşme gerçekleşmiştir. Kayataki yönlenme belirgin olarak tespit edilememektedir (Şekil 3.6b). 36

51 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK (a) (b) Şekil 3.6. Kaleboynu formasyonu metagabrolarının ince kesit görüntüsü, (a) metagabro 1, (b) metagabro 2. Bu çalışmada, Niğde Metamorfikleri temel kayalarının dayanım ve deformasyon anizotropisi özelliklerinin belirlenebilmesi için, çalışma alanından getirilen blok boyutundaki örneklerden, sağlam kaya numuneleri hazırlanmıştır. Gümüşler formasyonundan 21, Kaleboynu formasyonundan 9 adet olmak üzere toplam 3 adet bloğun 23 tanesi, sağlam kaya örneği hazırlamaya elverişli olmaması sebebi ile çalışmaya dahil edilmemiştir. Metamorfik kayaların dayanım ve deformasyon anizotropisinin belirlenmesi amacı ile hazırlanan örnekler, sahip oldukları foliasyon düzlemlerinin yatayla yaptığı açı göz önüne alınarak,, 3, 6 ve 9 lik yönelim açılarında hazırlanmıştır. Hazırlanan örnekler, I.S.R.M. standartlarına uygun, 98 adet 42 mm çapında silindirik ve 126 adet 54 mm çapında disk şeklinde toplam 224 adettir. (Şekil 3.7). 37

52 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK Şekil 3.7. Farklı yönelim açılarında (β) hazırlanmış karot ve disk örnekleri. 38

53 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK 3.2. Yöntem Çalışma materyalini oluşturan Niğde Masifi metamorfik birimlerinin, dayanım ve deformasyon anizotropisi özelliklerinin belirlenmesi için, araziden alınan blok boyutundaki örnekler, yapılacak deneyler için örneklerin hazırlanması ve deneylerin yapılabilmesi için vakit kaybetmeden laboratuvara nakledilmiştir. Deney numunelerinin hazırlanması aşamasında, blok örneklerdeki süreksizlik ve ayrışma gibi zayıf düzlemlerin, deney sonuçlarına olan etkisini en aza indirebilmek için araziden alınan bloklardan süreksizlik ve ayrışma yüzeyi içerenler değerlendirmeye katılmamış, çalışma yedi adet sağlam blok örneği ile sınırlandırılmıştır. Laboratuvara getirilen bloklardan, dayanım ve deformasyon deneylerinde kullanılmak üzere, yönlü numune alabilmek için, standart karot alma makinesinin modifiye edilmiş bir türü kullanılmıştır. Kullanılan karot makinesinin, üzerinde kayaların takoz ve kelepçeler yardımı ile sıkıştırıldığı alt tablası, yönlü numuneler alabilmek amacı ile yatayla ve 9 arasında açılar yapabilecek şekilde tasarlanmıştır (Şekil 3.8). Bu sayede, kayalardaki anizotropi düzlemleri göz önüne alınarak,, 3, 6 ve 9 lik yönelim açılarına sahip toplam 224 adet silindirik ve disk şeklinde örnek hazırlanmıştır. Kullanılan karot makinesinde, NX (54,7 mm), NQ (47,6 mm) ve diğer değişik çaptaki karotiyerler kullanılabilmektedir. Karot alma işlemi tamamlandıktan sonra, bloklardan çıkarılan silindirik ve yönlü örneklerin deneylerde kullanılabilecek hale getirilebilmesi için I.S.R.M. (1981), standartlarına uygun bir şekilde kesme ve düzeltme işlemleri gerçekleştirilmiş ve örneklerin alt ve üst yüzeyleri birbirine paralel, yan yüzeyleri pürüzsüz ve düz hale getirilmiştir. Fiziksel özellikler, 91 adet silindirik örnek üzerinde, yoğunluk (ρ), birim hacim ağırlık (γ), porozite (n) ve boşluk oranı (e) deneyleri yapılarak belirlenmiştir. 39

54 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK Şekil 3.8. Yönlü karot alma işleminde kullanılan karot makinesi. Fiziksel özelliklerin belirlenmesinden sonra, kayaların dinamik deformasyon özelliklerinin belirlenmesi amacı ile Pundit Plus C deney aleti (Şekil 3.9) ile I.S.R.M (1981) ve A.S.T.M (1994) standatrlarına uygun şekilde sonik hız deneyleri yapılmıştır. 13 adet silindirik örnek üzerinde, yönelim açılarının her biri için en az üç adet olacak Şekilde uygulanan deneylerde, 2 khz ve 1 MHz frekanslarına sahip basınç (P) ve kesme (S) dalga hızlarının, örnekler içinden geçme süreleri hesplanarak dinamik elastisite modülü (E din, GPa) değerleri elde edilmiştir (Şekil 3.1a ve Şekil 3.1b). Şekil 3.9. Sonik hız deneylerinde kullanılan Pundit Plus C deney aleti 4

55 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK Şekil 3.1. (a) Basınç dalga hızının (Vp) (b) Kesme dalga hızının (Vs) ölçülmesi. Dinamik deformasyon deneylerinin tamamlanmasından sonra, kayaların dayanım anizotropisi özelliklerinin tespiti amacı ile 98 adet tek eksenli basınç dayanımı ve 126 adet dolaylı çekme dayanımı deneyi uygulanmıştır. Tek eksenli basınç dayanımı deneyleri,, 3, 6 ve 9 lik yönelim açılarına sahip 42 mm çaplı, sağlam ve kırıksız silindirik örnekler üzerinde, her yönelim açısından en az üç adet olmak üzere gerçekleştirilmiştir. Tek eksenli basınç dayanımı deneyleri, 1 tonluk yükleme kapasitesine sahip ELE ADR 2 ( ) deney makinesi ile saniyede.5 kn luk yükleme hızı altında gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.11). Şekil ELE ADR 2; tek eksenli basınç dayanımı deney aleti. 41

56 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK Bu çalışmada, kayaların dayanım anizotropisi özelliklerinin belirlenmesi amacı ile dolaylı çekme dayanımı deneyleri de yapılmıştır. Dolaylı çekme dayanımı deneyleri, I.S.R.M. (1981), tarafından önerilmiş olan ve deney sırasında uygulanan yükün, örneğin merkezini gören 1 lik açıya sahip bir yay boyunca uygulanmasını sağlayan deney hücresi ile gerçekleştirilmiştir. Deney hücresinin en kritik boyutları, çenelerinin eğrisellik çapı, alt ve üst çenelerin birbirine bağlanmasını sağlayan kılavuz saplamaların sağlayacağı açıklık ve uzunlukları ile çenelerin genişliğidir (Ulusay ve ark., 21). Hücrenin kılavuz pimleri ise içeriye doğru 25 mm girebilmektedir. Dolaylı çekme dayanımı deneylerinde 126 adet, kalınlığı 2-3 cm olan disk şeklinde örnekler kullanılmıştır. Kullanılan örnekler sağlam ve kırıksız olmakla birlikte çapları 54 mm (NX) dir., 3, 6 ve 9 lik yönelim açısına sahip disk şeklinde örnekler üzerinde, her yönelim açısından en az beş adet deney yapılmıştır. Bu çalışmada asıl olarak, yönelim açısının, dolaylı çekme dayanımına etkisi araştırıldığından örnekler deneylere tabi tutulurken, deney aleti içerisine yönelim açılarına göre yerleştirilmiş ve yenilmelerin bu Şekilde olması sağlanmıştır Deneyde yükleme ünitesi olarak ELE ADR 2 deney aleti kullanılmıştır (Şekil 3.12). Şekil Dolaylı çekme dayanımı deney hücresi ve deney sırasındaki kullanımı. 42

57 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK Statik deformasyon deneyleri, yönlü ve silindirik karot örneklerinin tek eksenli yükleme koşulunda ki eksenel gerilme-eksenel birim deformasyon eğrilerinin çizilmesi ve teğetsel elastisite modüllerinin (E sit, GPa) belirlenmesi amacı ile yapılmıştır. Bu amaç doğrultusunda, 98 adet boy/çap oranı arasında olan, kırık ve çatlak içermeyen ve yönelim açısının elastisite modülü üzerindeki etkisinin tespiti amaçlandığından,, 3, 6 ve 9 lik yönelim açılarına sahip silindirik karot örnekleri deneylere tabi tutulmuştur. Deneylerin uygulanmasında I.S.R.M. (1981) standartları göz önüne alınmıştır. Deneylerin uygulanması sırasında, kayalarda meydana gelen eksenel deformasyonların ölçülebilmesi için 1 mm ye kadar olan deformasyonları ölçebilme kapasitesine sahip ELE SP 63619/97 (M2866-1) transducer kullanılmıştır (Şekil 3.13a). Ölçülen deformasyonların ve uygulanan yük değerlerinin okumalarını yapabilmek ve PC ortamına aktarabilmek için ise, 32 kanallı ELE ADU MM 7 serisi kayıt tutucu cihazı kullanılmıştır (Şekil 3.13b). Transducer, bağlantı kabloları ile kayıt tutucuya bağlandıktan sonra transducer cihazının ölçmüş olduğu değerler, kayıt tutucuda f(x) = A + A 1.x (mm) fonksiyonu ile eksenel deformasyon değerlerine çevrilmiştir. Burada, A ; sıfır olarak, A 1 ise,,245 olarak ayarlanmış sabit değerleri temsil etmektedir. Kayalarda meydana gelen birim deformasyonların tespiti için, her deneye başlamadan önce kayıt tutucunun kanalları sıfırlanmış ve okumalar örneklerin yenilmesi gerçekleşene kadar devam ettirilmiştir. Bu sayede, kayıt tutucudan elde edilen yük ve deformasyon değerleri PC ortamına aktarılmış ve eksenel deformasyonlar, eksenel birim deformasyon değerlerine çevrilmiştir. Elde edilen veriler ile, eksenel gerilme ve eksenel birim deformasyon grafikleri çizilerek, kayalarun yenilme yüklerinin %5 sine denk gelen teğetsel elastisite modülü değerleri (GPa) tespit edilmiştir. Bu çalışmada, kayaların statik deformasyon parametrelerinden biri olan Poisson oranı, maddi ve teknik imkanların kısıtlı olması nedeni ile elde edilememiş, bu sebebten dolayı kayaların deformasyon anizotropisi oranları tespit edilememiştir. Çalışmanın son bölümünde, dinamik deformasyon deneylerinden elde edilen basınç (P) dalgası hızları (km/s) ve E din (GPa) ile tek eksenli basınç dayanımı ve statik deformasyon deneylerinden elde edilen σ c (MPa) ve E sit (GPa) değerleri arasındaki ilişkiler, çalışmada kullanılan her kaya türü için değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara 43

58 3. MATERYAL ve YÖNTEM Yusuf Recep BAYRAK göre, σ c ve E sit, E din ve P dalga hızları arasındaki ilişkiler basit regresyon eşitlikleri ile açıklanmış ve her parametrenin ölçülen değerlerinden yola çıkarak tahmini değerlerine ulaşılmaya çalışılmıştır. Şekil Birim deformasyonların tespiti için kullanılan; (a) Kayıt tutucu (b) Transducer. 44

59 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Bugüne kadar, anizotropik kayaların mühendislik davranışlarının anlaşılabilmesi için çok sayıda araştırma yapılmıştır. Pekçok araştırmacının ortaya koymuş olduğu, anizotropik kayalardaki yenilme kriterleri bazı varsayım ve sınırlamalar içermektedir. Jeager ve Cook (1976), Walsh ve Brace (1964), Mclomere ve Gray (1967), ile Hoek ve Brown (1997), kriterleri çok sayıda laboratuvar deneyi ve bunların ayrıntılı değerlendirilmesini gerektirdiğinden basitliklerini ve uygulanmalarını zorlaştırmaktadırlar. Şeyl, kumtaşı, diatomit, sleyt, fillit, gnays, şist gibi kayaların anizotropik davranışlarını inceleyen, Donath (1964), Chenevert ve Gatlin (1965), Deklotz ve ark. (1966), Mclomere ve Gray (1967), Hoek (1968), Akai ve ark. (1971), Horino ve Ellickson (197), Pinto (197), Pomeroy ve ark. (1971), Attawell ve Sandford (1974), Mccabe ve Koerner (1975), Jeager ve Cook (1976), Allirot ve Boehler (1979), Amadei (1983, 1996, 1998), Kwasniewski (1983), Ramamurthy (1986, 1993, 21), Eissa ve Kazi (1988), Ramamurthy ve ark. (1988, 1993, 1994, 21, 22), Rao ve ark. (1986), Read ve ark. (1987), Singh (1988), Singh ve ark. (1989), Nasseri ve ark. (1996, 23), Al-Harthi (1998), Tien ve Tsao (2), Tien ve Kuo (21) ve gibi araştırmacalar kayalardaki dayanım ve deformasyon anizotropisinin özelliklerini açıklamaya çalışmışlardır. Bu çalışmada, Niğde Masifi metamorfik birimlerinin dayanım ve deformasyon anizotropisi özellikleri incelenmiştir. Çalışmaya konu olan kayaların petrografik ve fiziksel özelliklerinin belirlenmesinden sonra yönelim açısının tek eksenli basınç dayanımı ve dolaylı çekme dayanımı üzerindeki etkileri araştırılmış ve kayalardaki dayanım anizotropisinin tipi ve derecesi belirlenmiştir. Ayrıca, değişik araştırmacıların önerdiği, yönelim açısına bağlı tek eksenli basınç dayanımı kriterlerinin, elde edilen verilerle olan uygunluğu incelenmiştir. Dinamik başka bir deyiş ile sonik deformasyon deneyleri ile statik deformasyon deneylerinden elde edilen verilerin ilişkilendirilmesi ve yönelim açısının deformasyon üzerine etkilerinin belirlenmesi ile kayalardaki deformasyon anizotropisinin özellikleri tespit edilmiştir. Uygulanan deneylerden elde edilen, P dalga hızı (km/s), σ c (MPa) ve statik ve dinamik elastik sabitler arasındaki ilişkiler istatistiksel eşitlikler ile incelenmiştir. 45

60 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK 4.1. Niğde Masifi Metamorfik Birimlerinin Fiziksel Özellikleri Niğde Masifi temel kayalarının fiziksel özelliklerini tanımlayabilmek için 91 adet 42 mm çaplı silindirik sağlam kaya numunesi üzerinde yoğunluk (ρ), birim hacim ağırlık (γ), porozite (n) ve boşluk oranı (e) deneyleri yapılmıştır. Çalışmada kullanılan kayaların fiziksel özelliklerinden olan yoğunluk,çalışmada kullanılan tüm kayalar için yakın değerler almış ayrıca bu kayalar içerisinde yoğunluğu en fazla olan kaya grubu Gümüşler formasyonuna ait amfibol şistler (2) olmuştur. Bunun yanısıra birim hacim ağırlık değerlerininde yaklaşık olarak aynı olduğu kayalarda, %1,27 değeri ile en yüksek porozite değeri Gümüşler formasyonu kalk şistlerinde (2) elde edilmiştir. Fiziksel özelliklerin belirlenmesi için yapılan deney sonuçlarından elde edilen veriler Çizelge 4.1 de verilmiştir. Çizelge 4.1. Gümüşler ve Kaleboynu formasyonuna ait kayaların fiziksel özellikleri. Formasyon Litoloji Örnek Sayısı Yoğunluk (ρ) (gr/cm 3 ) Birim Hacim Ağırlık (γ) (kn/m 3 ) Porozite (n) (%) Boşluk Oranı (e) Amfibol Şist (1) ±1.8 26,3±,11 1,5±,21,1±,2 Amfibol Şist (2) ±2.9 26,56±,19,59±,11,6±,1 Gümüşler Kalk Şist (1) ± ,34±,17,75±,13,7±,1 Kalk Şist (2) ±1.5 25,76±,18 1,27±,92,1±,8 Kuvars Mika Şist ± ,96±,18,61±,1,6±,1 Kaleboynu Metagabro (1) Metagabro (2) ±,53 25,4±,32,81±,17,8±, ±2.,8 25,79±,3,89±,26,8±,2 46

61 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK 4.2. Niğde Masifi Metamorfik Birimlerinin Dayanım Anizotropisi Niğde Masifi metamorfik birimlerinin dayanım anizotropisi özelliklerinin belirlenmesi amacı ile Gümüşler ve Kaleboynu formasyonundan 3 adet blok boyutunda örnek alınmıştır. Deney numunelerinin hazırlanması aşamasında, blok örneklerdeki süreksizlik ve ayrışma gibi zayıf düzlemlerin, deney sonuçlarına olan etkisini en aza indirebilmek için araziden alınan bloklardan elde edilen deney numunelerinin süreksizlik ve ayrışma yüzeyi içerenleri değerlendirmeye katılmamış, çalışma yedi adet sağlam blok örneğinden elde edilen numuneler ile sınırlandırılmıştır. Kayaların dayanım anizotropisi özellikleri gerçekleştirilen tek eksenli basınç dayanımı ve dolaylı çekme dayanımı deneyleri ile tespit edilmiştir Tek Eksenli Basınç Dayanımına Göre Dayanım Anizotropisi Kayalardaki anizotropi düzlemlerine göre (foliasyon vb..), 3, 6 ve 9 yönelim açısına sahip 98 adet 42 mm çaplı silindirik deney örneği üzerinde dayanım anizotropisinin tanımlanabilmesi için kaya mekaniği araştırmalarında en yaygın olarak kullanılan tek eksenli basınç dayanımı deneyi öncelikli olarak ele alınmıştır. Bu çalışmada, kayalardaki dayanım anizotropisini tanımlayabilmek için, Gümüşler formasyonundan 36 adet amfibol şist, 24 adet kalk şist, 12 adet kuvars mika şist, Kaleboynu formasyonundan, 26 adet metagabro olmak üzere,, 3, 6 ve 9 lik yönelim açısına sahip silindirik sağlam karot numuneleri üzerinde tek eksenli basınç dayanımı deneyi uygulanmıştır. Ayrıca Gümüşler formasyonundan alınan amfibolit şistlerden hazırlanan örneklerde,, 3, 6 ve 9 lik yönelim açılarından farklı olarak 15 ve 75 lik yönelim açılarında da örnekler hazırlanmıştır (Çizelge 4.2). Kayalardaki anizotropinin doğasını tanımlayabilmek için, tek eksenli basınç dayanımı değerleri ile yönelim açısı arasında çizilen eğrinin şekli, en küçük ve en yüksek tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin hangi yönelim açılarında elde edildiği ve anizotropi oranı (Rc) (σ cmax /σ cmin ) dikkatle incelenmiş, kayalardaki dayanım anizotropisinin tipi ve derecesi belirlenmiştir. 47

62 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Çizelge 4.2. Gümüşler ve Kaleboynu formasyonuna ait kayaların tek eksenli basınç dayanımı değerleri. 48

63 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Tek eksenli basınç dayanımı (σ c ) ile yönelim açısı (β) eksenleri arasında çizilen eğrinin şekline göre, kaya kütlelerinde görülebilecek anizotropinin tipi; (i) U tipi dayanım anizotropi (ii) Omuz tipi dayanım anizotropi ve (iii) Dalgalı tip dayanım anizotropisi şeklinde isimlendirilir. U tipi anizotropide en yüksek tek eksenli basınç dayanımı, genellikle ve 9 lik, en küçük tek eksenli basınç dayanımı ise genellikle 3 lik yönelim açılarında gerçekleşmektedir. Bu tip anizotropi genel olarak paralel halde klivaj veya foliasyon düzlemi içeren metamorfik kayalarda görülmektedir. Omuz tipi anizotropi ise daha çok şeyl ve kumtaşı türü kayalarda görülmekte ve yönelim açısının düşük ve yüksek değerlerinde dayanımın hemen hemen sabit kaldığı görülmektedir. Bu tip kayalarda, σ cmax değeri, β nın olduğu, σ cmin değeri ise β nın 15 ile 3 arasında olduğu durumlarda ortaya çıkmaktadır. Dalgalı tip anizotropi ise, diatomit gibi biyokimyasal kayalar ile kömür gibi kayalarda, σ cmax değerinin β=9 ve σ cmin değerinin β=3 olduğu durumlarda ortaya çıkmaktadır (Ramamurthy,1993). Bu çalışma kapsamında, Gümüşler formasyonunun amfibolit şist, kalk şist ve kuvars mika şistleri ile Kaleboynu formasyonunun metagabro türü kayaları için tek eksenli basınç dayanımı ve yönelim açısı (β) arasındaki eğriler çizilmiş ve bu kayalarda gözlemlenen anizotropinin tipi tespit edilmiştir. Niğde Masifi nin metamorfik birimleri için çizilen tek eksenli basınç dayanımı ve yönelim açısı arasında çizilen eğriler, çalışmaya konu olan tüm kayalarda U tipi dayanım anizotropisinin varlığını işaret etmiştir. Tek eksenli basınç dayanımının en küçük değeri, bütün kaya türlerinde yönelim açısının 3 olduğu durumlarda, en yüksek değeri ise yönelim açısının 9 olduğu durumlarda elde edilmiştir Tek eksenli basınç dayanımı deneyleri, her kaya türünün,, 3, 6 ve 9 lik yönelim açısı için en az üç tane olacak şekilde uygulanmış ve eğrilerin çizilebilmesi için yönelim açılarında uygulanan tek eksenli basınç dayanımı deney sonuçlarının ait olduğu yönelim açısı için ortalama değeri kullanılmıştır. Buna göre, amfibol şistler için çizilen U tipi anizotropi eğrileri Şekil 4.1de, kalk şistler için çizilen U tipi anizotropi eğrileri Şekil 4.2de, metagabrolar için çizilen U tipi anizotropi eğrileri ise Şekil 4.3 de ve kuvars mika şistler için çizilen U tipi anizotropi eğrisi Şekil 4.4 de verilmiştir. 49

64 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Şekil 4.1. Amfibol şist 1 (a) ve 2 (b) için çizilen U tipi anizotropi eğrileri. 5

65 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Şekil 4.2. Kalk şist 1 (a) ve 2 (b) için çizilen U tipi anizotropi eğrileri. 51

66 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Şekil 4.3. Metagabro 1 (a) ve 2 (b) için çizilen U tipi anizotropi eğrileri. 52

67 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Şekil 4.4. Kuvars mika şist için çizilen U tipi anizotropi eğrisi. U tipi anizotropi gösteren kayalarda, tek eksenli basınç dayanımının en yüksek değeri β=9 de gerçekleşmekte ve bu değer (σ c9 ) tipik basınç dayanımı olarak isimlendirilmektedir. 9 lik konum açısının dışındaki diğer konum açılarındaki basınç dayanımı değerleri ise σ cj olarak adlandırılır ve genellikle β nın 3 veya 45 olduğu durumlarda en küçük değerler almaktadırlar. Buradan yola çıkarak, U tipi anizotropi gösteren kayaların tek eksenli basınç dayanımları ve yönelim açıları arasında çizilen eğri için Singh ve ark. (1989), çalışmasında ortaya koyduğu (Eşitlik 1.) ve daha sonra Ramamurthy (1993), Ajalloeian ve Lashkaripour (2), gibi değişik araştırmacıların dikkatle üzerinde durdukları aşağıdaki yenilme ölçütü ve β nın, 3 ve 9 deki tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin bilinmesi koşulu ile β nın herhangi bir değeri için tek eksenli basınç dayanımı tahmin edilebilmektedir (Şekil 4.5). σ cj = A B[ cos 2( δ β )] (1) Burada, σ cj ;, 3 ve 9 dışındaki herhangi bir konum açısındaki tek eksenli basınç dayanımını, δ; tek eksenli basınç dayanımının en küçük olduğu konum açısı değerini (genellikle 3 dir), β; basınç dayanımı değerinin bulunması istenen konum açısı değerini, Ave B ise, kaya örneği için belirlenebilen katsayıları ifade etmektedir. 53

68 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Bu katsayılar β= ve β=3, β=3 ve β=9 deki ( β δ ve δ β 9) tek eksenli basınç dayanımı değerleri kullanılarak hesaplanabilmektedir. Şekil 4.5. Sleytlerde, hesaplanan ve öngörülen tek eksenli basınç dayanımı ve yönelim açısı arasındaki eğri (Singh ve ark., 1989). Bu çalışmada, deneysel olarak, 3 ve 9 lik yönelim açısı değerlerinde elde edilen tek eksenli basınç dayanımı deneylerinden, diğer konum açıları için öngörülen σ cj değerlerini elde etmek için, her kaya için A ve B katsayıları hesaplanmıştır (Çizelge 4.3). Hesaplanan A ve B değerleri ile β δ ve δ β 9 şartlarını sağlayan σ cj değerleri elde edilmiştir. Sonuç olarak, amfibol şitler için elde edilen öngörülen (σ cj ) dayanımı değerlerinin yönelim açısına göre değişimi şekil 4.6a ve şekil 4.6b de, kalk şistler için elde edien değerler Şekil 4.7a be Şekil 4.7b de, metagabrolar için elde edilen veriler Şekil 4.8a ve Şekil 4.8b de ve son olarak kuvars mika şistler için elde edilen değerler Şekil 4.9 da verilmiştir. Çizelge 4.3. Öngörülen basınç dayanımı tahmini için hesaplanan A ve B değerleri. Kaya A ve B Sabit Katsayı Değerleri β 3 3 β 9 Amfibol şist (1) σ cj = 92,17-73,4 [cos2(δ-β)] σ cj = 5,59-31,46 [cos2(δ-β)] Amfibol şist (2) σ cj = 114,11-98,74 [cos2(δ-β)] σ cj = 51,25-35,88 [cos2(δ-β)] Kalk şist (1) σ cj = 88,8-71,74 [cos2(δ-β)] σ cj = 43,14-26,8 [cos2(δ-β)] Kalk şist (2) σ cj = 86,71-66,42 [cos2(δ-β)] σ cj = 47,88-27,59 [cos2(δ-β)] Kuvars mika şist σ cj = 77,58-68,92 [cos2(δ-β)] σ cj = 32,6-23,93 [cos2(δ-β)] Metagabro (1) σ cj = 61,4-45,4 [cos2(δ-β)] σ cj = 35,82-19,82 [cos2(δ-β)] Metagabro (2) σ cj = 45,68-29,5 [cos2(δ-β)] σ cj = 28,5-12,32 [cos2(δ * -β)] 54

69 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK 7 Amfibol Şist (1) Deneysel Öngörülen Tek Eksenli Basınç Dayanamı (MPa) Yönelim Açısı (derece) (a) Amfibol Şist (2) 8 Deneysel öngörülen Tek Eksenli Basınç Dayanımı (MPa) Yönelim Açısı (derece) (b) Şekil 4.6. Amfibol şist 1 (a) ve 2 (b) için deneysel ve öngörülen tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin yönelim açısı ile değişimi. 55

70 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Kalk şist (1) Deneysel Öngörülen 6 Tek Eksenli Basınç Dayanımı (MPa) Yönelim Açısı (derece) (a) Kalk şist (2) Deneysel Öngörülen Tek Eksenli Basınç Dayanımı (MPa) Yönelim Açısı (derece) (b) Şekil 4.7. Kalk şist 1 (a) ve 2 (b) için deneysel ve öngörülen tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin yönelim açısı ile değişimi. 56

71 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Metagabro (1) Deneysel Öngörülen 4 35 Tek Eksenli Basınç Dayanımı (MPa) Yönelim Açısı (derece) (a) 9 Tek EksenliBasınç Dayanımı (MPa) Metagabro (2) Deneysel Öngörülen 3 6 Yönelim Açısı (derece) (b) 9 Şekil 4.8. Metagabro 1 (a) ve 2 (b) için deneysel ve öngörülen tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin yönelim açısı ile değişimi. 57

72 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Kuvarz mika şist Deneysel Öngörülen 5 45 Tek Eksenli Basınç Dayanımı (MPa) Yönelim Açısı (derece) Şekil 4.9. Kuvars mika şist için deneysel ve öngörülen tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin yönelim açısı ile değişimi. Kayalardaki dayanım anizotropisinin anlaşılabilmesi için bir diğer önemli ölçüt ise anizotropi oranı yani R c değeridir. Değişik açılarda yönlendirilmiş örneklerden elde edilen en yüksek ve en küçük tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin oranlanmasından (σ cmax /σ cmin) elde edilen anizotropi oranına (R c ) göre kayalar, izotropiklik ile çok yüksek anizotropi oranı arasında düşük, orta ve yüksek anizotropiklik şeklinde sınıflandırılmaktadır. Bu çalışmada, kayaların anizotropi oranı belirlenirken σ c9 ve σ cmin kullanılmıştır. σ c9 ın kullanılmasının nedeni, tek eksenli basınç dayanımı değerinin aldığı en yüksek değerin β=9 de elde ediliyor olmasıdır. Bazı kayalarda en yüksek basınç dayanımının β= de meydana gelmesinden dolayı basınç dayanımı değerleri dikkatle incelenmelidir. Bunun nedeni, σ c9 yerine σ cmax kullanıldığında %1 luk farkların meydana gelebilmesidir. 58

73 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Bu çalışmada da en yüksek tek eksenli basınç dayanımı değerlerinin yönelim açısının 9 olduğu durumlarda elde edilmesinden dolayı anizotropi oranının tespit edilmesinde σ c9 değeri kullanılmıştır. En yüksek anizotropi oranı (R c ), 5.14 ile Gümüşler formasyonu na ait kuvars mika şist örneğinde elde edilmiştir. Diğer yandan Gümüşler formasyonu na ait amfibolit şist ve kalk şist ile Kaleboynu formasyonuna ait metagabrolar orta derecede anizotropi göstermektedir. Çalışmada elde edilen dayanım anizotropisi oranı (Rc) değerleri Çizelge 4.4 de verilmiştir. Çizelge 4.4. Gümüşler ve Kaleboynu formasyonuna ait kayaların dayanım anizotropisi (Rc) oranları. Formasyon Kaya Türü Anizotropi Oranı (R c ) σ c9 /σ cmin Anizotropi Derecesi Gümüşler Amfibol şist 3.46 Orta Anizotropi Gümüşler Amfibol şist 3.81 Orta Anizotropi Gümüşler Kalk Şist 3.29 Orta Anizotropi Gümüşler Kalk Şist 3,6 Orta Anizotropi Gümüşler Kuvars Mika Şist 5,14 Yüksek Anizotropi Kaleboynu Metagabro 2.7 Orta Anizotropi Kaleboynu Metagabro 2.85 Orta Anizotropi Dolaylı Çekme Dayanımına Göre Dayanım Anizotropisi Kayalardaki anizotropinin tanımlanması amacı ile oldukça yaygın olarak kullanılan bir diğer deney de dolaylı çekme dayanımıdır. Bu çalışmada, deneyin yapılabilmesi amacı ile, I.S.R.M (1981) standartlarına uygun, kalınlığı 2-3 cm arasında değişen 126 adet uygun çaptaki disk örnekler hazırlanmıştır. Asıl olarak, yönelim açısının, dolaylı çekme dayanımının üzerindeki etkisi araştırıldığından örnekler deneylere tabi tutulurken, deney aleti içerisine yönelim açılarına göre yerleştirilmiş ve deney sırasındaki yenilmelerin bu şekilde olması sağlanmıştır (Şekil 4.1). 59

74 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Şekil 4.1. Dolaylı çekme dayanımı deneyinde yönelim açısının gösterimi. Dolaylı çekme dayanımının (σ t ) bulunması için her bir konum açısından 4 veya 5 adet örnek deneye tabi tutulmuş ve deney sonuçları hesaplanırken eşitlik 2 kullanılmıştır.,636 F σ = 1 (MPa) (2) t Dt Burada, F; yenilme sırasında uygulanan yük (kn), D; örnek çapı (mm), t; örnek kalınlığı (mm) dir. Deneylerin sonucunda, örnekler üzerindeki yenilme, deney aletinin örnekler üzerine basınç uyguladığı iki yükleme noktası arasında kalan foliasyon düzlemleri boyunca gerçekleşmiştir. Böylece, foliasyon düzlemlerine göre belirlenen yönelim açılarının, dolaylı çekme dayanımı üzerindeki etkisi belirlenebilmiştir. Deney sırasında, beklenen düzlemlerde yenilme göstermeyen örnekler değerlendirilmeye dahil edilmemiştir. Dolaylı çekme dayanımı deneyinden elde edilen sonuçlar çizelge 4.5 de sunulmuştur. 6

75 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Çizelge 4.5. Gümüşler ve Kaleboynu formasyonuna ait kayaların dolaylı çekme dayanımı değerleri. Formasyon Kaya Türü Deney Dolaylı Çekme Dayanımı (σ t ) (MPa) Sayısı Gümüşler Amfibol Şist 18 1,6±,64 n=5 5,8±,3 n=5 6,9±,21 n=4 3,79±,31 n=4 Gümüşler Amfibol Şist 19 12,97±1,82 n=5 9,47±1,35 n=4 7,93±1,2 n=5 4,7±,41 n=5 Gümüşler Kalk şist 21 1,69±1,12 n=5 7,9±,39 n=5 9,3±,84 n=5 3,16±,56 n=6 Gümüşler Kalk şist 16 13,5±1,98 n=4 7,79±1 n=4 5,93±,14 n=4 3,99±,91 n=4 Gümüşler Kuvars mika şist 2 12,98±1,12 n=5 4,97±,63 n=5 4,18±,28 n=5 2,9±,45 n=5 Kaleboynu Metagabro 16 8,12±,76 n=4 5,17±,83 n=4 5,7±,52 n=4 3,2±,37 n=4 Kaleboynu Metagabro 16 9,17±,28 n=4 5,6±,54 n=4 5,35±,51 n=4 3,89±,14 n=4 Barla ve Innaurato (1973), Singh ve ark. (1989) ve Ramamurthy (1993), gnays, serpantinitli şist, sleyt ve fillitler ile yaptıkları çalışmalarda, yönelim açısı (β) ile dolaylı çekme dayanımının değişimlerini incelemişler ve en yüksek dolaylı çekme dayanımının β= de, mimimum dolaylı çekme dayanımının ise β=9 de elde edildiğini belirtmişlerdir. Bu çalışmada uygulanan dolaylı çekme dayanımı deneylerinin sonucunda, yönelim açısının (β), dolaylı çekme dayanımı üzerindeki etkileri incelendiğinde, çalışmaya konu olan tüm kayalarda en yüksek dolaylı çekme dayanımı değeri β= de, en küçük dolaylı çekme dayanımı değerleri ise β=9 de elde edildiği görülmüştür. Dolaylı çekme dayanımı değerlerinin diğer yönelim açılarındaki davranışları ise düzensiz bir şekilde gelişmiştir. Amfibol şistler için elde edilen dolaylı çekme dayanımı değerlerinin konum açısı ile değişimi Şekil 4.11 de, kalk şistler için Şekli 4.12de, metagabrolar için Şekil 4.13 de, kuvars mika şistler için ise Şekil 4.14 de verilmiştir. 61

76 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK 14 Amfibol şist (1) deney 1 deney 2 deney 3 deney 4 deney 5 ortalama 12 Dolaylı Çekme Dayanımı (MPa) Yönelim Açısı (derece) (a) Amfibol şist (2) deney 1 deney 2 deney3 deney4 deney5 ortalama ) Dolaylı Çekme Dayanımı (MPa Yönelim Açısı (derece) 75 9 (b) Şekil Amfibol şist 1 (a) ve 2 (b) için dolaylı çekme dayanımının (σ t ) yönelim açısı ile değişimi. 62

77 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Kalk şist (1) 14 deney 1 deney 2 deney 3 deney 4 ortalama ) Dolaylı Çekme Dayanımı (MPa Yönelim Açısı (derece) (a) 9 Kalk şist (2) deney 1 deney2 deney3 deney4 deney5 ortalama Dolaylı Çekme Dayanımı (MPa ) Yönelim Açısı (derece) (b) 9 Şekil Kalk şist 1 (a) ve 2 (b) için dolaylı çekme dayanımının (σ t ) yönelim açısı ile değişimi. 63

78 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Metagabro (1) deney 1 deney2 deney3 deney4 ortalama Dolaylı Çekme Dayanımı (MPa) Yönelim Açısı (derece) (a) Metagabro (2) deney 1 deney2 deney3 deney4 ortalama 12 ) Dolaylı Çekme Dayanımı (MPa Yönelim Açısı (derece) (b) 9 Şekil Metagabro 1 (a) ve 2 (b) için dolaylı çekme dayanımının (σ t ) yönelim açısı ile değişimi. 64

79 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Kuvarz mika şist 12 deney 1 deney2 deney3 deney4 ortalama Dolaylı Çekme Dayanımı (MPa) Yönelim Açısı (derece) Şekil Kuvars mika şits için dolaylı çekme dayanımının (σ t ) yönelim açısı ile değişimi. Singh ve ark. (1989), Ramamurthy vd (1993), fillitler ve sleytler üzerinde, β ile çekme dayanımının değişimini inceledikleri çalışmalarında, tek eksenli basınç dayanımı ile çekme dayanımı oranının (σ c /σ t ), β ile değişiminin oldukça dikkat çekici olduğunu belirtmişlerdir. Bu ilişkiye göre, β, 6 den 9 ye doğru artarken (σ c /σ t) oranında hızlı bir artış meydana gelmektedir. Bu artış, kayaların dayanım anizotropisi oranlarındaki (Rc) artma miktarı ile doğru orantılı olarak artma eğilimindedir. Bu nedenle, Ramamurthy vd. (1993) σ c /σ t9 oranının, kayalardaki, dayanım anizotropisinin bir göstergesi olabileceğini belirtmişlerdir (Şekil 4.15). Bu ilişkiye göre, çalışmada elde edilen tek eksenli basınç dayanımı ve dolaylı çekme dayanımı oranlarının (σ c /σ t ) yönelim açılarına göre artışı incelendiğinde, 6 den 9 ye geçiş sırasında en yüksek artış, yükek derece anizotropi gösteren (Rc=5.4) Gümüşler formasyonuna ait kuvars mika şistlerde gözlemlenmektedir. 65

80 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Şekil 4.15 : Fillitlerde tek eksenli basınç dayanımı / dolaylı çekme dayanımı (σc/σt) oranının β ile değişimi (Singh ve ark. 1989). Yüksek anizotropi gösteren bu kayanın, 6 ve 9 deki tek eksenli basınç dayanımı ve dolaylı çekme dayanımı oranı (σ c /σ t ), orta derecede anizotropi gösteren diğer kayalardan daha hızlı ve ani artış göstermiştir. Ayrıca, Kaleboynu formasyonu ndan alınan metagabroların Rc oranları, Gümüşler formasyonu na ait kayaların Rc oranlarından düşük çıkmıştır. Buna göre, Şekil 4.16 de yer alan eğrilerdeki tek eksenli basınç dayanımı ve dolaylı çekme dayanımı oranlarının değişimi incelendiğinde, Kaleboynu formasyonu metagabrolarının tek eksenli basınç dayanımı ve dolaylı çekme dayanımı oranlarındaki (σ c /σ t ) yönelim açısına bağlı artışlarının, Gümüşler formasyonu na ait kalk şistlere göre daha yavaş gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Çalışmada, bu verilere genel olarak bakıldığında, tek eksenli basınç dayanımı ve dolaylı çekme dayanımı oranının (σ c /σ t ) konum açısına bağlı değişimi, kayalardaki dayanım anizotropisinin bir göstergesi olarak yorumlanmıştır. Çalışmada kullanılan ve daha önce anizotropi oranları tespit edilmiş amfibol şist, kalk şist, kuvars mika şist ve metagabrolar için çizilen tek eksenli basınç dayanımı ve dolaylı çekme dayanımı oranını değişim eğrisi Şekil 4.16 da verilmiştir. 66

81 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Şekil Tek eksenli basınç dayanımı ile dolaylı çekme dayanımı oranının (σc /σt), değişimi Niğde Masifi Metamorfik Birimlerinin Deformasyon Anizotropisi Kayaların deformasyon anizotropilerinin tanımlanmasında iki tür deformasyon anizotropisinden söz edilmektedir. Bunlar; statik deformasyon ve dinamik deformasyon anizotropisidir. Bu çalışmada da, Niğde Masifi metamorfik birimlerinin deformasyon anizotropisi özellikleri statik ve dinamik deformasyonu olmak üzere iki başlık altında incelenmiştir. Kayaların statik deformasyon anizotropisi özellikleri tek eksenli basınç dayanımı deneylerinin uygulanması sırasında, dinamik deformasyon anizotropisi özellikleri ise yapılan sonik hız deneyleri ile tespit edilmiştir. 67

82 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Statik Deformasyon Anizotropisi Statik deformasyon anizotropisi çerçevesinde, çalışmaya konu olan,, 3, 6 ve 9 lik yönelim açılarındaki sağlam kaya numunelerinin, tek eksenli basınç dayanımı deneyinde uygulanan yük kademelerindeki deformasyon davranışları göz önüne alınarak tanjant elastisite modülleri belirlenmiştir. Ölçülen elastisite modüllerinin konum açısı ile değişimi, yüklemeye paralel ve dik konumda elde edilen elastisite modüllerinin aldığı değerler (E 1 ve E 2 ) ile bunların oranları ve transversal anizotropi düzlemlerinde elde edilen elastik sabitlerin dikkatle incelenmesi ile kayaların deformasyon anizotropisi özellikleri tanımlanmıştır. Ancak kayalardaki deformasyon anizotropisinin derecesi bu çalışmada tanımlanamamıştır. Bunun nedeni, deformasyon anizotropisinin derecesini belirlemek için gerekli olan Poisson oranı değerlerinin maddi ve teknik imkansızlıklar nedeni ile bu çalışma kapsamında tespit edilememiş olmasıdır. Anizotropik kayalar için geliştirilen elastisite teorisi, σ 1 asal gerilmesi ve σ 2 ve σ 3 ikincil gerilmeler altındaki transversal anizotropi gösteren kayalar için bazı sınırlamalar getirmiştir (Amadei, 1996) (Şekil 4.17). Şekil Tek eksenli basınç altındaki, transversal anizotropi gösteren kaya örneği (Amadei, 1996 dan). 68

83 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Elastisite teorisine göre, tek eksenli basınç altındaki, transversal anizotopi gösteren bir kayanın deformasyon davranışlarının belirlenebilmesi için 5 adet elastik sabitin bilinmesi yeterlidir. Bu sabitler, x ve z düzlemlerinde ölçülen ikişer adet tanjant elastisite modülü (E x ve E z ), Poisson oranı (υ x ve υ z ) ile bir adet makaslama modülüdür. (G). Ayrıca, x, y ve z düzlemlerinde ölçülen tanjant elastisite modülleri arasında aşağıdaki ilişki bulunmaktadır (Şekil 4.18) (Amadei, 1996). E x = E z =E ve E y = E (2) x, y ve z düzlemlerinde ölçülen 5 adet elastik sabitin, önceki çalışmalar kısmında verilen transversal uygunluk matriste yerine koyulması ile bu tip kayaların tüm düzlemlerindeki deformasyon değerleri tespit edilebilmektedir. Şekil (a) β=, (b) β=9 ve (c) ve 9 arasındaki diğer yönelim açıları için tek eksenli basınç altında transversal anizotropik bir kayadaki elastik sabitler. Bu çalışmada, ölçülen statik elastisite modülü (E st, GPa) değerleri, her kayanın sahip olduğu yönelim açısına göre elastisite teorisinin transversal anizotropi koşulları ile uyumluluk göstermektedir. Çalışmada elde edilen tanjant elastisite modülü değerleri Çizelge 4.6 da verilmiştir. 69

84 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Çizelge 4.6. Gümüşler ve Kaleboynu formasyonuna ait kayalarda ölçülen teğetsel elastisite modülü değerleri. Tanjant Elastisite Modülü (GPa) Formasyon Litoloji Deney Sayısı Konum Açısı (β ) Gümüşler Amfibol Şist 12 Gümüşler Amfibol Şist 12 Gümüşler Kalk Şist 12 Gümüşler Kalk Şist 12 Gümüşler Kuvars Mika Şist 12 Kaleboynu Metagabro 12 Kaleboynu Metagabro 14 E 1 E 2 E 3 E 6 74,8± 3,4 7,54±,43 28,52± 3,7 48,21± 1,79 n=3 n=3 n=3 n=3 76,55± 8,52± 17,29± 53,82± 1,17 2,58 1,33 4,8 n=3 n=3 n=3 n=3 62,69± 75,7± 23,45± 45,33± 2,83 2,75 3,2 1,23 n=3 n=3 n=3 n=3 51,78± 47,38± 11,31± 27,84± 2,69,81 1,2 2,6 n=3 n=3 n=3 n=3 53,38± 26,93± 46,14± 59,4±,88 1,22 1,5 1,81 n=3 n=3 n=3 n=3 37,19± 38,92± 19,9± 32,85± 1,29,62,75 1,45 n=3 n=3 n=3 n=3 4,82± 52,4± 17,3± 35,42±,77 2,95 1,53,63 n=3 n=4 n=4 n=3 7

85 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Elastisite modülü değerlerinden de görüleceği gibi, en yüksek elastisite modülü değerleri anizotropi düzlemine paralalel (E 1 ) ve dik (E 2 ) yükleme durumlarında elde edilen değerlerdir ve transversal anizotropi düzlemlerinde ölçülmüştür. Worotnicki (1993), kayaların elastik sabitleri üzerinde yaptığı ayrıntılı çalışmalarda, transversal anizotropi düzlemine paralel ve dik yükleme durumlarında elde edilen elastisite modülü oranları ile kayaların minerolojik kökenleri arasında bazı ilişkiler kurmuştur. Buna göre, kuvars, feldspat türü kayalarda elastisite modülü oranı 1,3-1,5 arasında, bazik ve litik kayalarda 1,5-1,7 arasında, karbonatlı kayalarda en fazla 1,7 ve kumtaşlarında en fazla 1,5 hesaplanmıştır. Bu çalışmada uygulanan statik deformasyon deneylerinde, anizotropi düzlemine paralel ve dik yükleme durumunda elde edilen elastisite modüllerinin oranlanları ise Çizelge 4.7 de verilmiştir. Çizelge 4.7. Gümüşler ve Kaleboynu formasyonuna ait kayalardaki elastisite modülü oranları. Formasyon Litoloji Elastisite Modülü Oranı Gümüşler Amfibol Şist 1,6 Gümüşler Amfibol Şist 1,5 Gümüşler Kalk Şist 1,2 Gümüşler Kalk Şist 1,9 Gümüşler Kuvars Mika Şist 1,1 Kaleboynu Metagabro 1,4 Kaleboynu Metagabro 1,27 Elastisite modüllerinin, lineer elastik sınırlar içerisinde, farklı yönelim açılarındaki (β) değişimi ise statik elastisite modülleri ve yönelim açısı arasında çizilen eğrilerle değerlendirilmiştir. Bu çalışma kapsamında, elastiste modülü (E st ) ve yönelim açısı (β) arasında çizilen eğriler, amfibol şistler için Şekil 4.19 da, kalk şistler için Şekil 4.2de, metagabrolar için Şekil 4.21 de ve kuvars şistler için Şekil 4.23 de verilmiştir. 71

86 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Amfibol (1) ortalama Tanjant Elastisite Mod. (GPa) Yönelim Açısı (derece) (a) 9 Amfibol Şist (2) ortalama Teğetsel Elastisite Mod. (GPa) Yönelim Açısı (derece) (b) 9 Şekil Amfibol şist 1 (a) ve 2 (b) için teğetsel elastisite modülünün yönelim açısı ile değişimi. 72

87 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Kalk şist (1) 9 ortalama 8 Teğetsel. Elast. Mod. (GPa) Yönelim Açısı (derece) (a) 9 7 Kalk şist (2) ortalama 6 Teğetsel Elast. Mod. (GPa) Yönelim Açısı (derece) (b) 9 Şekil 4.2. Kalk şist 1 (a) ve 2 (b) için teğetsel elastisite modülünün yönelim açısı ile değişimi. 73

88 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK 45 Metagabro (1) ortalama 4 Teğetsel Elast. Mod. (GPa) Yönelim Açısı (derece) (a) 9 6 Metagabro (2) ortalama 5 Teğetsel Elast. Mod. (GPa) Yönelim Açısı (derece) (b) Şekil Metagabro 1 (a) ve 2 (b) için teğetsel elastisite modülünün yönelim açısı ile değişimi. 74

89 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Teğetsel Elast. Mod. (GPa) Kuvarz Mika Şist ortalama Yönelim Açısı (derece) Şekil Kuvars mika şist için teğetsel elastisite modülünün yönelim açısı ile değişimi Dinamik Deformasyon Anizotropisi Kayaların dinamik özellik anizotropilerinin belirlenmesi sonik dalga hızı ile ilgili yöntemlerle (dinamik yöntemler) mümkün olmaktadır. Bu yöntemler günümüzde, mineral aramaları, madencilik çalışmaları ve atık depolama sahalarının araştırılması gibi her türlü mühendislik uygulamalarında kullanılmaktadır. Kayalarda yapılan sonik dalga hızı ölçümleri, kayaların kütle ve malzeme ölçeğindeki özelliklerinin araştırılması ile beraber elastik sabitlerin bulunması için kullanılan ve statik deneylerden maliyet ve pratiklik açısından daha avantajlı olması bakımından oldukça yaygın bir yöntemdir. Kaya mekaniği kapsamında, kaya örneklerinde basınç (Vp) ve kesme (Vs) dalga hızlarının doğru bir şekilde ölçülmesine dayanan dinamik yöntemler, elastik sabitlerin belirlenmesinde hızlı bir yöntem olarak kabul görmektedir. Dalga hızları, kayanın basınç ve kesme kuvvetlerine karşı koyma yeteneğine ve dolayısı ile elastisite modülüne bağlıdır. Bir çok durumda kaya da oluşan deformasyonlardaki elastik modüller önem kazanmaktadır. 75

90 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Deformasyonların tanımlanmasında sonik dalgaların kullanımı oldukça kolay bir yöntemdir. Bu şekilde elde edilen elastik sabitler, dinamik sabitler olarak adlandırılırlar. Bugüne kadar, kayaların sonik dalga hızları ile, fiziksel ve mekanik özellikleri arasında birçok ilişki kurulmuştur. Bu çalışmada da, kullanılan örneklerin sonik dalga hızları yani dinamik deformasyon bakımından anizotropi özelliklerinin tespit edilmesi ve elde edilen değerlerin statik deformasyon anizotropisi özellikleri ile karşılaştırılıp, her iki yöntemle elde edilen elastik sabitlerin ilişkilendirilebilmesi için,, 3, 6 ve 9 konum açılarındaki karot örnekler ISRM standartlarına uygun olacak şekilde sonik hız deneylerine tabi tutulmuştur. Deneylerde, basınç (V p ) ve kesme (V s ) dalgalarının örnek içinden geçiş zamanı doğrudan ölçülerek, dalga hızları hesaplanmıştır. Bu değerlerden, dinamik elastisite modülüne ulaşılmıştır. Bu değerler statik deformasyon deneylerinden elde edilen elastisite modülleriyle karşılaştırılmış, bu iki elastisite modülü arasındaki ilişki ve dinamik dalga hızlarının, konum açısı ile değişimleri sunulmuştur. Çalışmada, sonik hız deney sonuçlarından elde edilen sonuçlar Çizelge 4.8 de verilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, Gümüşler formasyonunda V p basınç dalgasının hızı, 2566 m/s ile 495 m/s arasında, Kaleboynu formasyonunda ise 2324 m/s ile 3841 m/s arasında değişim göstermiştir. Konum açısının (β ) den 9 ye doğru artması sırasında, dalga hızlarında bir düşüş gözlemlenmiştir. V p hızı, 3 lik konum açılarında minumum değeri almış, lik konum açılarında ise en yüksek değeri almıştır. V s kesme dalga hızları ise, Gümüşler formasyonunda 2214 m/s ile 4316 m/s arasında, Kaleboynu formasyonunda ise 213 m/s ile 3327 m/s arasında değişim göstermiştir. En yüksek hız her zaman β nın ye eşit olduğu durumlarda ortaya çıkmıştır. Diğer açılardaki değişim V p hızlarındaki gibidir. Ayrıca, P dalga hızlarının yönelim açılarına göre değişimi S dalga hızlarına oranla daha yüksektir. Bu durum, P dalgalarının S dalgalarına göre anizotropi düzlemlerinden da fazla etkilendiğini ortaya koymaktadır. 76

91 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Çizelge 4.8. Sonik hız deneylerinden elde edilen dalga hızları ve dinamik elastisite modülü. Formasyon Litoloji β Ölçüm Sayısı V p (m/s) V s (m/s) E din (Gpa) ± 32,5 4316±14,78 92,58±5,56 Gümüşler Amfibol Şist ±43,7 4129±51,49 262±18,6 3576±274,75 53,24±6,72 83,97±7, ±49, ±123,57 93,25±6, ± ±112,7 98,71±5,58 Gümüşler Amfibol Şist ± ± ±78, ±34,12 4,89±2,74 8,8±1, ±56,8 3856±14,88 11,42±12, ±18, ±32,9 9,79±,98 Gümüşler Kalk Şist ±27,4 367±35,7 2668±87, ±55,57 55,44±3,2 74,1±3, ±27,4 38±11,9 95,35±3, ±48,8 379±162,1 84,64±6,91 Gümüşler Kalk Şist ± ± ±119, ±65,63 4,44±7,87 47,72±2, ± ±139,1 91,73±6, ± ±149,35 18,42±5,38 Gümüşler Kuvars Mika Şist ±28,6 413±56 348±77,2 3554±14,32 69,53±4,15 9,32±5, ±37,7 3842±34,64 118,95±11, ±28,4 367±3,33 92,58±5,56 Kaleboynu Metagabro ± ±35 214±58,1 257±75 53,24±6,72 83,97±7, ±27 295±46,3 93,25±6, ±36,1 3327±129 62,27±2,37 Kaleboynu Metagabro ±44 339±22 213±173, ±114,23 31,45±5,26 53,23±2, ±38 293±41,2 79,53±5,84 77

92 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK 4.4. Kayaların Dayanım ve Deformasyon Değerleri Arasındaki İlişkiler Çalışmanın bu bölümünde, dayanım ve deformasyon anizotropisi özelliklerinin tespit edilmesi için gerçekleştirilen dayanım ve deformasyon deneylerinden elde edilen farklı yönelim açılarındaki tek eksenli basınç dayanımı (σ c ), statik ve dinamik elastisite modülü (E st, E dn ), ve P dalga hızı değerleri birbirleri ile regresyon eşitlikleri kullanılarak karşılaştırılmış ve bunun neticesinde, ölçülerek elde edilen deney verilerinden, yukarıda adı geçen her parametrenin farklı yönelim açılarındaki tahmini değerlerine ulaşılmıştır. Yöntemin uygulanması için, çalışmada kullanılan aynı kaya türlerinin deney sonuçları birlikte değerlendirilmiştir. İlk olarak her kaya grubu için, σ c, E st, E dn ve P parametreleri birbirleri ile korele edilerek elde edilen regresyon eşitlikleri grafiklerle açıklanmaya çalışılmıştır. Korelasyonlardan elde edilen ölçülen değerlerden tahmini değerlere geçmek için, her kaya grubunun,, 3, 6 ve 9 lik yönelim açılarında gerçekleştirilen deney sonuçlarının standart sapmalarıda göz önüne alınarak ortalamalarının alınması ile çizilen U tipi eğri kullanılmıştır (Eşitlik 3). σ cj = A B[ cos 2( δ β )] (3) Bu eşitlik, U tipi eğriyi, yönelim açısının - 3 ve 3-9 aralıkları için iki parça halinde tanımlamakta ve bu aralıklar içerisindeki diğer yönelim açılarındaki tahmini değerleri elde etmekte kullanılmaktadır. Eşitlikteki A ve B sabit sayıları, yukarıda belirtilen aralıklar için,, 3 ve 9 deki gerçek değerlerin kullanılması ile elde edilmektedir. Bulunan sabit sayıların eşitlikte kullanılması ile birlikte, 3 ve 9 den farklı olan tüm yönelim açılarındaki tahmini değerler elde edilebilmektedir. Bu çalışmada da, σ c, E st, E dn ve P parametrelerinin her yönelim açısındaki değerlerinin ortalaması alınarak U tipi eğrileri çizdirilmiş, eğrinin denklemi için gerekli olan A ve B sabit sayıları bulunmuştur. Daha sonra korelasyonlardan elde edilen gerçek değerler, eşitlikte dolayısı ile çizilen eğrilerde kullanılarak tahmini değerlere ulaşılmıştır. 78

93 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Amfibol Şistlerin Dayanım ve Deformasyon Değerleri Arasındaki İlişkiler Çalışmada, amfibol şistler için uygulanan dayanım ve deformasyon deneylerinden elde edilen, σ c, E st, E dn ve P parametrelerinin gerçek değerlerinden herhangi bir yönelim açısındaki tahmini değerlerine ulaşılmak için ilk önce bu parametreler kendi aralarında, σ c -P, E st -P, σ c - E st, E st -E dn, E din -P ve σ c -E dn olacak şekilde ilişkilendirilmiştir (Şekil 4.23). Elde edilen korelasyon eşitlikleri ise Çizelge 4.9 da verilmiştir. 2 2 P (km/sn) y = 8,9457e,11x R 2 =,9473 P (km/sn) 15 1 y = 8,5536e,91x R 2 =, a UCS (MPa) b Est(GPa) Est (GPa) y = 39,728Ln(x) - 91,2 R 2 =, Est (GPa) y =,491x 1,599 R 2 =, c UCS (MPa) d Edn (GPa) P (km/sn) y = 7,1289e,85x R 2 =,8451 Edn (GPa) y = 39,52Ln(x) - 64,772 R 2 =, e Edn(GPa) f UcS (MPa) Şekil Amfibol şistlerde σ c -P (a), E st -P(b),E st -σ c (c), E st -E dn (d), P- E dn (e),e dn -σ c (f), parametrelerinin arasındaki ilişkiler. 79

94 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Çizelge 4.9. Amfibol şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametrelerinin ilişkilendirilmesi ile elde edilmiş korelasyon eşitlikleri Parametreler Korelasyon katsayıları (r) Korelasyon Eşitlikleri σ c -P,96 P = 8,9457e,11(σc) E st -P,97 P = 8,5536e,91(Est) σ c - E st,97 E st = 39728Ln(σ c )-91,2 E st -E dn,97 E dn =,491(E st ) 1,599 E din -P,91 P = 7,1289e,85(E dn) σ c -E dn,96 E dn = 3952Ln(σ c )-64,772 Çalışmada uygulanan deneylerden elde edilen gerçek değerlerden, herhangi bir yönelim açısındaki tahmini değerleri elde etmek için Çizelge 4.9 da verilen regresyon eşitliklerinden elde edilen değerler, σ c, E st, E dn ve P parametrelerinin ortalamaları ve standart sapmaları göz önüne alınarak çizilen eğrilerde kullanılmıştır (Şekil 4.24). Değerlerin eğrilerde kullanılabilmesi için, bu parametrelerin -3 ve 3-9 aralığındaki A ve B sabit sayı değerleri hesaplanmıştır (Çizelge 4.1). Buna göre U tip eğrinin, tahmin edilmek istenen değerin hangi yönelim açısında olduğuna bağlı olarak uygun olan eşitliği kullanılarak tahmin edilmek istenen değer elde edilmiştir. Şekil Amfibol şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için çizilen U tipi eğriler. 8

95 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Çizelge 4.1. Amfibol şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için elde edilen A ve B sabit değerleri. Parametre β 3 Eşitlik 3 β 9 σ c σ cj = 13,18-85,92 [cos2(δ * -β)] σ cj = 5,75-33,48 [cos2(δ * -β)] P P cj = 23,31-12,56 [cos2(δ * -β)] P cj = 15,17-4,42 [cos2(δ * -β)] E st E stcj = 128,68-16 [cos2(δ * -β)] E stcj = 57,24-34,56 [cos2(δ * -β)] E dn E dncj = 144,31-97,28 [cos2(δ * -β)] E dncj = 83,16-36,13 [cos2(δ * -β)] Kalk Şistlerin Dayanım ve Deformasyon Değerleri Arasındaki İlişkiler Kalk şistler için σ c, E st, E dn ve P parametreleri birbirleri ile ayrı ayrı ilişkilendirilmiştir (Şekil 4.25). Elde edilen korelasyon eşitlikleri ise Çizelge 4.11 de verilmiştir. 2 2 P (km/sn) 15 1 y =,1388x + 8,2939 R 2 =,9187 P (km/sn) y = 8,8356e,89x R 2 =, a UCS (M Pa) b Es t(gpa) Est (GPa) y = 1,283x + 7,883 R 2 =, Est (GPa) y =,766x 1,4415 R 2 =, c UCS (MPa) d Edn (GPa) P (km/sn) y = 7,547e,69x R 2 =,6619 Edn (GPa) y = 1,15x + 42,156 R 2 =, e Edn(GPa) f UcS (MPa) Şekil Kalk şistlerde, σ c -P (a), E st -P(b), E st -σ c (c), E st -E dn (d), P- E dn (e), E dn -σ c (f), parametrelerinin arasındaki ilişkiler. 81

96 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Çizelge Kalk şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametrelerinin ilişkilendirilmesi ile elde edilmiş korelasyon eşitlikleri. Parametreler Korelasyon katsayıları (r) Korelasyon Eşitlikleri σ c -P,95 P =,1388(σ c )+8,2939 E st -P,93 P = 8,5536e,89(Est) σ c - E st,93 E st = 1,283(σ c )+7,883 E st -E dn,84 E dn =,766(E st ) 1,4415 E din -P,81 P = 7,1289e,69(E dn) σ c -E dn,88 E dn = 1,15(σ c )+42,156 Kalk şistler için herhangi bir yönelim açısındaki tahmini değerleri elde etmek için gerekli olan ve kalk şistlerin, 3, 6 ve 9 lik yönelim açılarında elde edilen dayanım ve deformasyon değerlerinin ortalamasından elde edilen U tip eğriler Şekil 4.26 da ve bu eğrilerin, gerekli olan aralıklardaki A ve B sabit sayılarını içeren eşitlikleri Çizelge 4.12 de verilmiştir. Şekil Kalk şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için çizilen U tipi eğriler. 82

97 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Çizelge Kalk şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için elde edilen A ve B sabit değerleri. Parametre β 3 Eşitlik 3 β 9 σ c σ cj = 81,7-63 [cos2(δ * -β)] σ cj = 45,3-26,6 [cos2(δ * -β)] P P cj = 19,3-8 [cos2(δ * -β)] P cj = 14,9-3,6 [cos2(δ * -β)] E st E stcj = 92,8-67,6 [cos2(δ * -β)] E stcj = 54,4-29,2 [cos2(δ * -β)] E dn E dncj =133,7-71,8 [cos2(δ * -β)] E dncj = 91,5-29,6 [cos2(δ * -β)] Kuvars Mika Şistlerin Dayanım ve Deformasyon Değerleri Arasındaki İlişkiler Kuvars mika şistler için σ c, E st, E dn ve P parametreleri birbirleri ile ayrı ayrı ilişkilendirilmiştir (Şekil 4.27). Elde edilen korelasyon eşitlikleri ise Çizelge 4.13 de verilmiştir P (km/sn) 1 5 y =,216x + 7,4289 R 2 =,9693 P (km/sn) 1 5 y =,182x + 7,612 R 2 =, a UCS (MPa) b Es t(gpa) Est (GPa) y = 1,9431x - 1,5645 R 2 =,9847 Est (GPa) y = 76,51Ln(x) - 275,14 R 2 =, c UCS (MPa) d Edn (GPa) e P (km/sn) y =,146x + 4,9474 R 2 =, Edn(GPa) f Edn (GPa) y = 1,8774x + 27,881 R 2 =, UcS (MPa) Şekil Kuvars mika şistlerde, σ c -P (a), E st -P(b), E st -σ c (c), E st -E dn (d), P- E dn (e), E dn -σ c (f), parametrelerinin arasındaki ilişkiler. 83

98 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Çizelge Kuvars mika şistler için σ c, E st, E dn ve P parametrelerinin korelasyon eşitlikleri Parametreler Korelasyon katsayıları (r) Korelasyon Eşitlikleri σ c -P,97 P =,216(σ c )+7,4289 E st -P,97 P = 8,5536e,84(Est) σ c - E st,98 E st = 1,9431(σ c )-1,5645 E st -E dn,96 E dn = 76,51Ln(E st )-275,14 E din -P,94 P =,146(E dn )+4,9474 σ c -E dn,96 E dn = 1,8774(σ c )+27,881 Kuvars mika şistler için herhangi bir yönelim açısındaki tahmini değerleri elde etmek için gerekli olan ve kalk şistlerin, 3, 6 ve 9 lik yönelim açılarında elde edilen dayanım ve deformasyon değerlerinin ortalamasından elde edilen U tip eğriler Şekil 4.28 de ve bu eğrilerin, gerekli olan aralıklardaki A ve B sabit sayılarını içeren denklemleri Çizelge 4.14 de verilmiştir. Şekil Kuvars mika şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için çizilen U tipi eğriler. 84

99 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Çizelge Kuvars mika şistlerde, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için elde edilen A ve B sabit değerleri. Parametre β 3 Eşitlik 3 β 9 σ c σ cj = 77,5-67,8 [cos2(δ * -β)] σ cj = 34,3-24,33 [cos2(δ * -β)] P P cj = 24-14,6 [cos2(δ * -β)] P cj = 14,53-5,13 [cos2(δ * -β)] E st E stcj = 152,7-137,6 [cos2(δ * -β)] E stcj = 62,96-47,86 [cos2(δ * -β)] E dn E dncj =161,2-114,8 [cos2(δ * -β)] E dncj =95,86-49,46 [cos2(δ * -β)] Metagabroların Dayanım ve Deformasyon Değerleri Arasındaki İlişkiler Metagabrolarda, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için yapılan ilişkilendirmeler Şekil 4.29 da, korelasyonlardan elde edilen korelasyon eşitlikleri ise Çizelge 4.15 de verilmiştir P (km/sn) y =,179x + 8,7973 R 2 =,8974 P (km/sn) y =,962x + 8,7761 R 2 =, a UCS (MPa) b Es t(gpa) 7 6 Est (GPa) y = 1,584x + 2,831 R 2 =,9658 Est (GPa) y =,6218x +,635 R 2 =, c UCS (MPa) d Edn (GPa) P (km/sn) y =,623x + 8,777 R 2 =, Edn (GPa) y = 1,6391x + 4,184 R 2 =, e Edn(GPa) f UcS (MPa) Şekil Metagabrolarda, σ c -P (a), E st -P(b), E st -σ c (c), E st -E dn (d), P- E dn (e), E dn - σ c (f), parametrelerinin arasındaki ilişkiler. 85

100 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Çizelge Metagabrolar için σ c, E st, E dn ve P parametrelerinin korelasyon eşitlikleri Parametreler Korelasyon katsayıları (r) Korelasyon Eşitlikleri σ c -P,89 P =,179(σ c )+8,7973 E st -P,82 P =,962(σ c )+8,7761 σ c - E st,96 E st = 1,584(σ c )+2,831 E st -E dn,94 E dn =,6218(E st )+,635 E din -P,84 P =,623(E dn )+8,777 σ c -E dn,94 E dn = 1,6391(σ c )4,184 Metagabrolar için herhangi bir yönelim açısındaki tahmini değerleri elde etmek için gerekli olan ve kalk şistlerin, 3, 6 ve 9 lik yönelim açılarında elde edilen dayanım ve deformasyon değerlerinin ortalamasından elde edilen U tip eğriler Şekil 4.3 da ve bu eğrilerin, gerekli olan aralıklardaki A ve B sabit sayılarını içeren denklemleri Çizelge 4.16 da verilmiştir. Şekil 4.3. Metagabrolarda, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için çizilen U tipi eğriler. 86

101 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Yusuf Recep BAYRAK Çizelge Metagabrolarda, σ c, E st, E dn ve P parametreleri için elde edilen A ve B sabit değerleri. Parametre β 3 Eşitlik 3 β 9 σ c σ cj = 54,83-38,6 [cos2(δ * -β)] σ cj = 33,4-16,63 [cos2(δ * -β)] P P cj = 14,91-4,3 [cos2(δ * -β)] P cj =12,33-1,72 [cos2(δ * -β)] E st E stcj = 59-4,4 [cos2(δ * -β)] E stcj = 37,32-18,36 [cos2(δ * -β)] E dn E dncj =93,6-62,62 [cos2(δ * -β)] E dncj = 6,1-29,12 [cos2(δ * -β)] 87

102 5. SONUÇLAR ve ÖNERİLER Yusuf Recep BAYRAK 5. SONUÇLAR ve ÖNERİLER Bu çalışmada Niğde Masifi metamorfik birimlerinin dayanım ve deformasyon anizotropisi özellikleri incelenmiştir. Çalışmaya konu olan kayalar, Gümüşler formasyonuna ait amfibol şist, kalk şist, kuvars mika şist ve Kaleboynu formasyonuna ait metagabro türü kayalardır. Bu kayaların dayanım ve deformasyon özelliklerinin tanımlanması için 224 adet sağlam kaya numunesi üzerinde yapılan toplam 89 deneyden elde edilen sonuçlar şu şekilde özetlenebilir: Kayaların dayanım aniztropisi özelliklerini tanımlayabilmek için, kayalardaki foliasyon düzlemlerine göre, 3, 6 ve 9 lik yönelim açısına sahip sağlam karot numuneleri üzerinde tek eksenli basınç dayanımı deneyleri yapılmıştır. Yapılan bu deneylerde yönelim açısının, dayanım üzerine etkileri araştırılmıştır. Deney sonuçlarına göre, bütün kaya türlerinde en yüksek dayanım değeri β=9 de, en düşük dayanım değeri ise β=3 de elde edilmiş ve tüm kayalarda U tipi anizotropinin varlığı tespit edilmiştir. En yüksek dayanım değeri, amfibol şistlerde β=9 de 69,25 MPa, en düşük dayanım değeri ise kuvars mika şistlerde, β=3 de 8,81 MPa olarak ölçülmüştür. Kayaların anizotropi oranlarının tespitinde ise σ cmax değeri için dayanımın her zaman en yüksek olduğu β=9 deki tek eksenli basınç dayanımı kullanılmıştır. Buna göre, çalışmada en yüksek anizotropi oranı R c =5,14 oranı ile Gümüşler formasyonuna ait kuvars mika şistlerde görülmüştür. En düşük anizotropi oranı ise Kaleboynu formasyonu metagabrolarında R c =2,7 oranı ile tespit edilmiştir. Çalışmaya konu olan kayalarda genel olarak orta derecede anizotropi saptanmıştır. Kayaların dayanım anizotropisi özelliklerini tanımlayabilmek için yapılan dolaylı çekme dayanımı deney sonuçlarına göre, dayanımın konum açısı ile değişimi incelendiğinde, en yüksek dayanımın β= de, en düşük dayanımın ise β=9 de elde edildiği görülmüştür. Diğer β açılarında çekme dayanımının değişimi düzensiz olmakla beraber düşük değerler genellikle β=6 de elde edilmiştir. Tek eksenli basınç dayanımı ve dolaylı çekme dayanımı değerleri oranının konum açısı ile değişimi incelendiğinde ise, yüksek anizotropi gösteren kayalara ait oranların, β nın 6 den 9 ye doğru artması sırasındaki yükselişin, orta anizotropi gösteren 88

103 5. SONUÇLAR ve ÖNERİLER Yusuf Recep BAYRAK kayalardan daha hızlı ve ani olduğu gözlemlenmiştir. Bu durum, tek eksenli basınç dayanımı ve dolaylı çekme dayanımı oranlarının, yönelim açısı ile değişimlerinin, dayanım anizotropisinin bir göstergesi olarak yorumlanabileceğini göstermiştir. Çalışmaya konu olan kayaların deformasyon anizotropi özelliklerini tanımlayabilmek için statik ve dinamik deformasyon deneyleri yapılmıştır. Statik deformasyon deneylerinde kayaların farklı düzlemlerinde yapılan ölçümler, çalışmaya konu olan kayalarda transversal anizotropi koşullarının var olduğunu göstermiştir. Statik deformasyon deney sonuçlarına göre, transversal anizotropi düzlemlerinde ölçülen teğetsel elastisite modülleri birbirine yakın değerler vermiştir. Çalışmada elde edilen düşük elastisite modülü değerleri bütün kayalarda β=3 de elde edilmiştir. Bu çalışmada, kayaların deformasyon anizotropisi derecesinin belirlenmesi için gereken Poisson oranı, maddi ve teknik eksiklikler nedeni ile belirlenememiştir.bu sebepten dolayı, çalışmaya konu olan kayaların deformasyon anizotropisi oranları tespit edilememiştir. Dinamik deformasyon özelliklerinin tespiti için yapılan sonik hız deneylerinde, tüm formasyonlar için en yüksek P dalgası hızı (Vp) β= de elde edilmiştir. Konum açısının (β ) den 9 ye doğru artması sırasında, dalga hızlarında belirgin bir düşüş gözlemlenmiştir. V p hızı, 3 lik yönelim açılarında minumum değeri almıştır. Gümüşler formasyonu şistlerinde V p basınç dalgasının hızı, 2566 m/s ile 495 m/s arasında değişim göstermiştir. Kaleboynu formasyonu metagabrolarında ise 2324 m/s ile 3841 m/s arasında değişim göstermiştir. V s kesme dalga hızları ise, Gümüşler formasyonu şistlerinde 2214 m/s ile 4316 m/s arasında, Kaleboynu formasyonu metagabrolarında ise 213 m/s ile 3327 m/s arasında değişim göstermiştir. En yüksek hız her zaman β nın ye eşit olduğu durumlarda ortaya çıkmıştır. Diğer yönelim açılardaki değişim V p hızlarındaki gibi gerçekleşmiştir. P dalga hızlarının yönelim açılarına bağlı olan değişimi, S dalga hızlarından daha yüksek bir değişim göstermektedir. Bu durum, P dalgalarının S dalgalarına göre anizotropi düzlemlerine daha duyarlı olduğunu göstermiştir. Çalışmanın son bölümünde ise, dayanım ve deformasyon deneylerinden elde edilen σ c, E st, E dn ve P dalga hızları, basit regresyon eşitlikleri ile karşılaştırılıp yüksek korelasyon katsayısına sahip ilişkiler elde edilmiştir. Ayrıca, elde edilen bu 89

104 5. SONUÇLAR ve ÖNERİLER Yusuf Recep BAYRAK ilişkiler ve her kaya grubunun, 3, 6 ve 9 de almış olduğu deney sonuçlarının ortalama değeri ve standart sapmaları göz önüne alınarak çizilmiş eğriler ile parametrelerin farklı yönelim açılarında alabilecekleri tahmini değerler elde edilmiştir. Herhangi bir yönelim açısındaki σ c, E st, E dn ve P dalga hızı parametrelerinin bir tanesinin bilinmesi durumunda, diğer parametrelerin de tahmin edilmesini sağlayan bu yöntem, ileride çalışma bölgesinde yapılabilecek dayanım ve deformasyon ile ilgili çalışmalarda kullanılabilecek niteliktedir. 9

105 KAYNAKLAR AJALLOEIAN, R., LASHKARIPOUR, G.R., 2. Strength Anisotropies In Mudrocks, Bull. Eng. Geol. Env 59, AL HARTI A.A., Effect Of Planar Structures On the Anisotropy of Ranyah Sandstone, Saudi Arabia, Eng. Geology 5, AKAI K., The Failure Surface Of Isotropic And Anisotropic Rocks Under Multiaxial Stresses, J. Soc. Mater. Science Japan 2, AMADEI B., Rock Anisotropy And The Theory Of Stress Measurements, Springer-Verlag, Edited by; Brebbia C.A and Orszag S.A, AMADEI B., Inportance Of Anisotropy When Estimating And Measuring In Situ Stresses In Rock, Int J Rock Mech Min Sci & Geomech Abstr 33, AMADEI B., Determination Of Deformability And Tensile Strength Of Anisotropic Rock Using Brezilian Tests, Int J Rock Mech Min Sci. 35, AMADEI B., STEPHANSSON O., Rock Stress and Its Measurement, Chapman&Hall First Edition, AMADEI B., TONON F., 22. Effect of Elastic Anisotropy On Tunnel Wall Displacements Behind A Tunnel Face, Rock Mechanicks And Rock Engineering 35 (3), AKIMAN O., ERLER A., GÖNCÜOĞLU M.C., GÜLEÇ N., GEVEN A., TÜRELİ T.K., KADIOĞLU Y.K., Geochemical Characteristics of Granitoids Along the Western Margin Of the Central Anatolian Crystalline Complex And Their Tectonic Implications, Geological Journal. 28, ALLIROT D., BOEHLER J.R., Evolution Of Mechanical Properties Of A Stratified Rock Under Confining Pressure, In proc. 4th Congr, Int. Soc. Rock. Mech., Montreux. 1, AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM), Natural Building Stones, Soil and Rock. Part 19. ASTM D-653,

106 ATABEY E., AYHAN A., Niğde-Ulukışla-Çamardı-Çiftehan Yöresinin Jeolojisi, MTA raporu Aralık, 6 ATABEY E., GÖNCÜOĞLU M.C., TURHAN N., 199. Türkiye Jeoloji Haritaları Serisi, Kozan 119 paftası 1:1.. MTA/Ankara. ATTAWELL P.B, SANDFORD M.R., Intrinsic Shear Strength Of A Brittle Anisotropic Rock, Experimental And Mechanical Interpretation, Int J Rock Mech Min Sci & Geomech Abstr. 11, BABUSKA V., PROS Z., Velocity Anisotropy In Granodiorite And Quartzite Due To The Distribution Of Microcracks. Rock Mech. and Rock Eng. 22, BARLA G., INNAURATO N., Indirect Tensile Testing Of Anisotropic Rocks, Rock Mechanics And Rock Engineering, Springer&Verlag 5, BRADY B.H.G., BROWN E.T., Rock Mechanics 2nd Edition, Published by Chapmann & Hall, BROWN E.T., RICHARDS L.R., BARR M.V., Shear Strength Characteristics Of Delabole Slate. In Proc. Conf. Rock Eng. Newcastle-upon-Tyne, BOZKURT E., WINCHESTER J.A., PARK R.G., Geochemistry And Tectonic Significance of Augen Gneises from the Southern Menderes Massif (WestTurkey). Geological Magazine, 132, BLUMENTHAL M., Yüksek Bolkar Dağları nın Kuzey Kenar Bölgelerinin Ve Batı Uzantılarının Jeolojisi. MTA raporu, 7, 155, seri no:7. CHENEVERT M.E., GATLİN C., Mechanical Anisotropies Of Laminated Sedimantary Rocks, Soc. Pet. Eng. Journal 5, CHEN C., PAN E., AMADEİ B., Evaluation Of Properties Of Anisotropic Rocks Using Brezilian Tests, Rock Mechanics and Rock Engineering ÇOLAK K., Zonguldak Havzası Kömür Çevre Kayalarının Dayanım Ve Deformasyon Anizotropisinin İncelenmesi. Doktora Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. 92

107 DEERE D.U., MILLER R.P., Engineering Classification And Index Properties Of Intact Rocks. Air Force Weapons Lab. Tech. Report AFWL-TR Kirstland Base, New Mexico, , DEKLOTZ E.J., BROWN E.J., STEMLER O.A., Anisotropy Of A Schistose Gneiss, In Proc. 1st. Int. Soc. Rock Mech. Lisbon 1, DONATH F.A., Strength Variation And Deformational Behavior In Anisotropic Rock, In State of Stress in the Earth s Crust, Edited by, Judd W.R Elseiver-Amsterdam, EISSA E.A., KAZI A., Relation Between Static and Dynamic Young s Moduli Of Rocks. Technical Note, Int. J. Rock Mech. Min. Sci & Geomech. Abstr. 25, ERLER A., GÖNCÜOĞLU M.C., Geologic And Tectonic Setting Of the Yozgat Batholith, Northern Central Anatolian Crystalline Complex, Turkey. Int. Geology Review Vol 38, pp EXADAKTYLOS G.E., 21. On The Constraints and Relation Of Elastic Constants Of Transversely Isotropic Geomaterials, Int J Rock Mech Min Sci. 38, GATALIER N., PELLET F., LORET B., 22. Mechanical Damage Of An Anisotropic Porous Rock In Cyclic Triaxial Tests, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 39, GERRARD C.M., 1982b. Elastic Modulus Of Rock Masses Having One, Two Or Three Sets Of Joints, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr. 19, GOODMAN R.E., Introduction Of Rock Mechanics. 2nd Edition, University of Berkeley, 562 s.. GÖNCÜOĞLU M.C., Geologie Des Westlichen Niğde Massivs, Bonn University, Doktora Tezi, 18 s. GÖNCÜOĞLU M.C., 1981a, Niğde Masifi nin Jeolojisi, İç Anadolu Sempozyumu, TJK yayını,

108 GÖNCÜOĞLU M.C., 1981b. Niğde Masifi nde Viridin Gnaysın Kökeni, TJK bülteni 24/1, GÖNCÜOĞLU M.C., Niğde Masifi Paragnayslarında Zirkon U/Pb Yaşları, TJK bülteni 25, GÖNCÜOĞLU M.C., Geochronological Data From The Southern Part (Niğde area) Of The Central Anatolian Massif, Bulluetin of the Mineral Research and Exploration Institute of Turkey, 15-16, Ankara. HATZOR Y.H., PALCHİC V., A Microstructure-Based Faulire Criterion For Aminadav Dolomites, Technical note. Int J Rock Mech Min Sci. 35, HOBBS D.W., The Tensile Strength Of Rock, Int. J. Rock Mech. Mining. Sci. 1, HOEK E., Fracture Of Anisotropic Rock, J.S. Afr. Inst. of Min. Metallurgy, 64/1, HOEK E., Brittle Failure Of rock, Rock Mechanics in Engineering Practise Edited by Stagg and Zienkiewicz. John Wiley and Sons, London, HOEK E., BROWN E.T., Hoek-Brown Failure Criterion, Int. J. Rock Mech. Mining. Sci, 34/8, HORINO F.G., ELLICKSON M.L., 197. A Method Of Estimating The Strength Of Rock Containing Planes Of Weakness, U.S Bureau of Mines, Report Investigations HUDSON J.A., Tensile Strength And Ring Test, Int. J. Rock Mech. Sci 6, HWONG T.K., NIHEI K.T., Devoloping Seismic And Strength Tests To Determine Construction Stone Durability In Infrastructure Projects, Rock Mechanics edited by, Daemen&Schultz. Balkema-Rotterdam, INTERNATIONAL SOCIETY FOR ROCK MECHANICS (ISRM), Rock Characterization Testing and Monitoring-ISRM Suggested Methods, Pergamon Press, Oxford, E.T Brown (ed.), 211 p. JEAGER J.C., COOK N.G.W., Fundamentals Of Rock Mechanics 2nd Edition. Published by Chapmann & Hall, 9-5 and 77-16,

109 KAHRAMAN S., 21. Evaluation Of Simple Methods For Assessing The Uniaxial Compressive Strength Of Rocks, Int. Journal of Rock Mech and Min. Sci. 38, KING M.S., Static And Dynamic Elastic Properties Of Rocks From The Canadian Shield, Int. J. Rock Mech. Min. Sci & Geomech. Abst. 2, KLEYN V.D., Niğde-Çamardı Masifinin Güneybatı Kısmının Mineralizasyonu Üzerine Araştırma, çeviren Cengiz Yetiş. Konya Devlet Müh. Mim. Akademisi bilimsel yayın çevirileri KOLSKY H., Stress Waves In Solids, Dover Publications. 213 s. KUMTEPE P., Ankara Yöresi Grovaklarının Kütle Dayanımının Ve Elastisite Modülünün Ampirik İlişkilerle Belirlenmesi Ve Anizotropi Özelliklerinin Belirlenmesi. Hacettepe Ünicersitesi Fen. Bil. Enst. Yüksek Lisans Tezi. 112s. KWASNIEWSKI M.A., Anisotropy Of Elasticity Of Rocks And Its Effect On The Magnitude And Distribution Of Stress Around Underground Openings, 8th Plenary Scientific Sessions. Int. Bureau of Strata Mechanics, Essen, LAMA R.D., VUTUKİRİ V.S., SALUJA S.S., Hanbook On Mechanical Properties Of Rocks. Trans Tech. Publ, Clausthal, 28 s. LAMA R.D., VUTUKIRI V.S., Hanbook On Mechanical Properties Of Rocks. Trans Tech. Publ 4, 515 s. LEKHNITSKII S.G., Theory Of Elasticity Of An Anisotropic Body. Mir. Moscow. McCABE W.M., KOERNER R.M., High Pressure Shear Strength Of An Anisotropic Mica Schist Rock, Int J. Rock Mech. Min. Sci & Geomech. Abst 12, McDOWELL P.W., Seismic İnvestigations For Rock Engineering. Compherensive Rock Engineering 3, chapter 25, Edited by, Hudson J.A. McLAMORE R., GRAY K.E., The Mechanical Behaviour Of Anisotropic Sedimantery Rocks, In Judid W.R., editor. State of the earth in the earth s crust. New York: Elsiver

110 McLAMORE R., GRAY K.E., The Mechanical Behaviour Of Anisotropic Sedimantary Rocks. J. Eng. Ind 69, NASSERİ M.H., RAO K.S., RAMAMURTHY T., Prediction Of Anisotropic Responses Of Strength And Deformation Of Schists. Eurock 96 (Edited by, Barla), Balkema-Rotterdam 18, NASSERI M.H., RAO K.S., RAMAMURTHY T., 23. Anisotropic Strength And Deformational Behaviour Of Himalayan Schists, Rock Mech&Min. Sci. 4, 23. ORR D.M.F., Single Plane Of Weakness Theory Applied In Tensile Stress Field, Technical Note. Int. J. Rock Mech. Min. Sci & Geomech. Abst 18, ÖZGÜNEYLİ A., Niğde-Çamardı Kristalin Masifi nin Genel Prosoeksiyon Çalışması. MTA raporu, rapor no: Ankara. ÖZGÜR V., ERKALE H., KARABALIK N., Niğde Masifi Demir Cevherleşmeleri. Maden Jeolojisi Raporu MTA. Derleme raporu no:7521. Ankara. PALCHIC V., HATZOR Y.H., 22. Crack Damage Stress As A Compozite Function Of Porosity And Elastic Matrix Stiffness In Dolomites And Limestones. Eng. Geology 63, PELLS P.J.N., Uniaxial Strength Testing, Compherensive Rock Engineering 3, Edited by, Hudson J.A. PINTO I.J.,197. Deformability Of Schistosite Rocks. Proceedings of the Science Cong. I.S.R.M, , Belgrade. POMEROY C.D., HOBBS D.W., MAHMOUD A., The Effect Of Weakness Plane Orientaiton On The Fracture Of Barnsley Hards By Triaxial Compression, Int. J. Rock Mech. Min. Sci 8, PRIEST S.D., Discontinuity Analysis For Rock Engineering. Published by Chapmann & Hall, 1-2, 63-93, RAO K.S., RAO G.V., RAMAMURTHY T., Strength Criterion For Anisotropic Rocks, Ind. Geotech J. 16(4),

111 RAMAMURTHY T., Stability Of Rock Mass. 8th Indian Geotech. Soc. Annual Lecture, Indian Geotech 16, RAMAMURTHY T., Strength And Modulus Responses Of Anisotropic Rocks. Compherensive Rock Engineering 1, chapter 24, , Edited by, Hudson J.A. RAMAMURTHY T., 21. Shear Strength Response Of Some Geological Materials In Triaxial Compression, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 38, RAMAMURTHY T., RAO V.G., SINGH J. A.,1988. Strength Criterion For Anisotropic Rocks. In Proc. 5th Australia-New Zealand Conf. on Geomech 1, , Sydney. RAMAMURTHY T., RAO V.G., SINGH J., 22. Strength And Deformational Behaviour Of A Jointed Rock Mass, Rock Mechanics and Rock Engineering. 35 (1), RAMAMURTHY T., RAO V.G., SINGH J., Engineering Behaviour Of Phylittes. Engineering Geology 33, RAMAMURTHY T., ARORA V.K., Strength Predictions For Jointed Rocks In Confined And Unconfined States, Int. J. Rock Mech. Min. Sci&Geomech. Abst 31, READ S.A.L., PERRIN N.D., BROWN I.R., Measurement And Analysis Of Labrotary Strength And Deformability Characteristics Of Schistosite Rocks, Proceedings of the Sixth Int. Conf. on Rock Mech., 1, Montreal, SEYMEN I., Kırşehir Masifi Metamorfikleri nin Jeoloji Evrimi. Ketin Sempozyumu, Special Paper, Geological Society of Turkey, Ankara SIGGINS A.F., Dynamic Elastic Tests For Rock Engineering. Compherensive Rock Engineering 3, Chapter 24, , Edited by, Hudson J.A SINGH J., Strength Prediction Of Anisotropic Rocks. PhD Thesis, Indian Instute of Technology, New Delhi, 154 s. SINGH J., RAMAMURTHY T., RAO G.V., Strength Anisotropies In Rocks. Indian Geotech J 19, TCHIHATCHEF P.D., Asie Minevre, Description Physigue De Cette Contree, Paris. 97

112 TIEN Y.M., TSAO P.F., 2. Preparation And Mechanical Properties Of Artifical Transversely Isotropic Rock, Rock Mech. & Min. Sci, Technical Note 37, TIEN Y.M., KUO M.C., 21. A Failure Criterion For Transversely Isotropic Roks, Int. J. Rock Mech. Min. Sci 38, TROMP W., Kayseri, Niğde, Tuzgölü Arası Jeolojisi, MTA bülteni, no: VILJEN R.P., İLERİ S., Pozantı (Niğde Masifi) Bölgesi nin Jeolojik Ve Minerolojik İncelenmesi, Johannesburg University Geology Dept. Vol 39, (yayımlanmamış). ULUSAY R., GÖKÇEOĞLU C., BİNAL A., Kaya Mekaniği Laboratuvar Deneyleri, 21, TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası yayınları, Ankara. WALSH J.B., BRACE W.F.A., A Fracture Criterion For Brittle Anisotropic Rocks. J. Geophy. Res 69, WHITNEY D.L, DİLEK Y., Core Complex Development In Central Anatolia. Geology 25, WHITNEY D.L, DİLEK Y., 1998a. Metamorphism During Alpine Crustal Thickening And Extansion In Central Anatolia, Turkey: Niğde Metamorphic Core Complex. Journal of Petrology 39 (7), WHITNEY D.L, DİLEK Y., 1998b. Characterization And Interpretation Of P-T Paths With Multiple Thermal Peaks. In: What Drives Metamorphism And Metamorphic Reactions? Geological Society of London Special Publication, 138 s., Edited by, Treolar P.J & O Brien. WHITNEY D.L, DİLEK Y., 2. Andalusite-Sillimanite-Quartz Veins As Indicators Of Low-Pressure-High-Temperature Deformation During Late- Stage Unroofing Of A Methamorphic Core Complex, Turkey. Journal of Metamorphic Geology 18, pp WHITNEY D.L., DİLEK Y., TEYSSIER C., FAYON K., 21. Metamorphism of the Central Anatolian Crystalline Complex, Turkey: Influence Of Orogen- Normal Collision VS. Wrench-Dominated Tectonics On P-T-T Paths. J. Metamorphic Geol 19,

113 WITTKE W., 199. Rock Mechanics: Theory And Applications With Case Histories. Springer-Verlag. Berlin-Heidelberg, Germany, 176 s. WOROTNICKI G. (ed.), CSIRO Triaxial Stress Measurement Cell. Int J Rock Mech Min Sci 5-13, WU B., KING M.S., HUDSON J.A., Stress-Induced Ultrasonic Wave Velocity Anisotropy In A Sandstone, Technical note. Int. J. Rock Mech. Min. Sci & Geomech. Abstr 1, YALÇIN G., Gümüşler (Niğde) Bölgesi, Polimetik Antimuan Ve Civa Cevherleşmesinin Minerolojisi Ve Jeokimyasal İncelenmesi. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora tezi. 122 s. (yayımlanmamış). YAŞAR E., ERDOĞAN Y., 24. Correlating Sound Velocity With The Density, Compressive Strength And Young s Modulus Of Carbonate Rocks. Technical note. Int. J. Rock Mech. Min. Sci 41,

114 ÖZGEÇMİŞ 198 yılında İstanbul da doğdu. İlk, orta ve lise öğrenimini İstanbul da bitirdi yılında Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü ne girdi ve 22 yılında mezun oldu. Halen Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı nda yüksek lisans eğitimine devam etmektedir. 1