Çevresel faktörlerin etkisiyle kayaçların kırılganlık indekslerinde meydana gelen değişimlerin belirlenmesi

Abstract

Bu çalışmada, üç farklı kökenli (magmatik, metamorfik ve sedimanter) kayaçta farklı çevresel koşulların (kuru, doygun, donmuş,termal şok ve termal yaşlandırma) bazı fiziko-mekanik özelliklere ve kırılma tokluğu değerlerine etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Tez çalışmasının ilk aşamasında kayaçların doğal durumdaki fiziksel, kimyasal, mekanik, mineralojik ve petrografik özellikleri tayin edilmiştir. İkinci aşamada kayaçlar koşulları önceden belirlenen çevresel koşullara belirli sürelerde maruz bırakılarak yaşlandırılmış ve kayaçlar üzerinde bazı fiziko-mekanik testler (tek eksenli basınç dayanımı, nokta yükleme dayanımı, Brazilian çekme dayanımı, Schmidt sertlik, ultrasonik dalga hızı) ile yarı dairesel eğilme dayanımı tekniği uygulanarak kırılma tokluğu deneyleri gerçekleştirilmiştir. Üçüncü aşamada, basit, çoklu regresyon analizleri ve yapay sinir ağı modellemeleri kullanılarak fiziko-mekanik özelliklerden kırılma tokluğu değerlerini tahmin edecek modeller geliştirilmiştir. Kayaçların fiziko-mekanik özelliklerini en çok zayıflatan ortam koşulunun termal şok uygulaması olduğu belirlenmiştir. Donmuş koşulda ise kayaçların fiziko-mekanik özelliklerinde ve kırılma tokluğu değerlerinde artış gözlenmiştir. Geliştirilen basit regresyon modellerinde nokta yükleme dayanımı ve Brazilian çekme dayanımının kırılma tokluğunu en iyi tahminleyen mekanik özellik olduğu R2 değerlerinin 0.97'nin üzerinde olmasından anlaşılmıştır. Modellerin performansları RMSE, MAE ve MAPE değerleri ile kontrol edildiğinde % 10'un altında olduğundan başarılı kabul edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Kaya mekaniği, kırılma tokluğu, kırılma enerjisi, çevresel koşul, yarı dairesel eğilme testi, tek eksenli basınç dayanımı

In this study, it was aimed to determine the effects of different environmental conditions (dry, saturated, frozen, thermal shock and thermal aging) on some physico-mechanical properties and fracture toughness values of rocks from three different origins (i.e, magmatic, metamorphic and sedimentary). In the first stage, the physical, chemical, mechanical, mineralogical and petrographic properties of rocks were determined. In the second stage, the rocks are aged by exposing them to pre-determined environmental conditions for a certain period of time and then, some physico-mechanical tests (uniaxial compressive strength, point load strength, Brazilian tensile strength, Schmidt hardness, ultrasonic wave velocity) and semi-circular bending strength were applied on the aged rocks. In the third stage, models were developed to predict fracture toughness values from physico-mechanical properties using simple, multiple regression analysis and artificial neural network modeling. It was determined that the thermal shocking was the most weakening application among environmental conditions for physico-mechanical properties of rocks. In frozen condition it was observed that physico-mechanical properties and fracture toughness values of rocks increased. In the improved simple regression models, point load strength and Brazilian tensile strength were the best estimated mechanical properties of the fracture toughness as the R2 values greater than 0.97 were obtained. The performance of the models was considered successful because of below 10 when it is controlled with RMSE, MAE, MAPE values. Keywords: Rock mechanic, fracture toughness, fracture energy, environmental condition, semi-circular bending test, uniaxial compressive strength