E-ISSN: 2587-0351 | ISSN: 1300-2694
Comparison of Post-Failure Strength of Micro-cracked Marble with Hoek-Brown Failure Criterion [Pamukkale Univ Muh Bilim Derg]
Pamukkale Univ Muh Bilim Derg. Ahead of Print: PAJES-27543 | DOI: 10.5505/pajes.2020.27543

Comparison of Post-Failure Strength of Micro-cracked Marble with Hoek-Brown Failure Criterion

Yılmaz Mahmutoğlu, Gökhan Şans
Istanbul Technical University, Faculty of Mines, Deparment of Geological Engineering, Maslak, Istanbul, Turkey

Failure criteria of rock mass is the most important base for designing of surface and underground structures. However, behavior of jointed rock mass and its failure criteria are the controversial subjects of rock mechanics. Main reasons for this discussion are problems during or after the geotechnical application. However, some of the experimental and theoretical approaches are often preferred as they are practical, compatible with engineering considerations, and assist in decision-making process. On the other hand, the differentiation in the scale of the geosystem, which varies depending on the scale of geotechnical application, building process, and time, means that the failure conditions will also change. It is clear that the Mohr-Coulomb failure criterion, which is widely used in practice, cannot exactly represent discontinuous geo-environments (fractured rock) consisting of joint systems. Since the rock generally has a discontinuous character, it has been researched since the 1970s, and the Hoek-Brown failure criterion, put forth in the 1980s and modified many times until today, is widely accepted in application. Nevertheless, it is known that the empirical parameters used in this failure criteria proposed for different types of rocks are also open to discussion. In this paper, the results of the mechanical tests conducted on the previously-fissured model material, which is physically similar to rock mass are discussed. Marble samples whose grain boundaries were disturbed by cyclic thermal treatment were used as the model material. Post-failure curves of model material obtained from continuous failure state triaxial tests were compared with Hoek-Brown Failure Criteria. In conclusion, it was shown that the failure envelopes representing intergranular failure in the post-failure phase were similar and comparable to the Hoek-Brown Failure Criterion. However, it is found out that the post-failure strength in low confining stress may be lower than that of estimation by the Hoek-Brown criterion. Experimental studies have also shown that intergranular failure will develop among structural weaknesses in rock masses, and therefore the strength parameters commonly used in practice will depend on the size of geo-application.

Keywords: Continuous failure state triaxial test, Hoek-Brown Failure Criterion, Post-failure, Rock mass.

Mikro-çatlaklı Mermerin Yenilme-Sonrası Dayanımının Hoek-Brown Yenilme Kriteri ile Karşılaştırması

Yılmaz Mahmutoğlu, Gökhan Şans
İstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Fakültesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Maslak, İstanbul

Kaya kütlesinin yenilme kriteri yüzey ve yeraltı yapılarının tasarımında en önemli temeldir. Ancak, çatlaklı kaya kütlesinin davranışı ve kırılma koşulu günümüzde de kaya mekaniğinin merak edilen konuları arasındadır. Bu tartışmaların esas nedeni jeoteknik uygulamalar sırasında veya sonrasında karşılaşılan problemlerdir. Bu konudaki, deneye dayalı ve teorik yaklaşımlardan bazıları, mühendislik kanaatleri ile uyumlu ve karar verme sürecine yardımcı olmaları nedeniyle sık kullanılmaktadır. Uygulamanın boyutuna bağlı sistem büyüklüğü kavramının öne çıkarıldığı güncel çalışmalar, mevcut yenilme kriterlerinin kuşkuyla sorgulanır olduğuna işaret etmektedir. Pratikte yaygın kullanılan Mohr-Coulomb yenilme kriterinin çok cisimden oluşan süreksiz ortamların (çatlaklı kaya) yenilme koşulunu tam olarak temsil edemeyeceği açıktır. Kayanın süreksiz bir ortam karakteri taşıması nedeniyle, 1970’lerden itibaren arayış içerisine girilmiş, 1980’li yıllarda önerilen ve günümüze kadar birçok kez modifiye edilen Hoek-Brown yenilme kriteri uygulamada kabullenilmiştir. Ancak, bu yenilme ölçütünde kullanılan ve farklı türden kayalar için önerilen ampirik parametrelerin de tartışmaya açık olduğu bilinmektedir. Makalede, bu gerçekten hareketle, laboratuvar ölçeğinde fiziksel olarak çatlaklı kayaya önceden benzetilen mikro-fissürlü model malzemesi üzerinde sürdürülen mekanik deney sonuçları tartışılmıştır. Model malzemesi olarak ısıl işlemle tane sınırları farklı düzeylerde örselenen mermer örnekleri kullanılmıştır. Sürekli yenilme durumunda üç eksenli deneylerden elde edilen yenilme zarfları Mohr-Coulomb ve Hoek-Brown yenilme kriterleriyle karşılaştırılmıştır. Sonuçta, üç eksenli deneylerde yenilme sürecini ve taneler arası doku yenilmesini temsil eden (post-failure) eğrilerin Hoek-Brown yenilme kriteri ile benzer ve kıyaslanabilir olduğu ortaya konmuştur. Karşılaştırma sonucunda, düşük çevre gerilmeleri için elde edilen dayanımın Hoek-Brown yenilme kriterinden elde edilenden daha düşük olduğu belirlenmiştir. Deneysel çalışmalardan süreksiz ortamlarda yenilmenin dokuyu oluşturan elemanlar arasında gelişeceği, dolayısıyla pratikte sıkça kullanılan kesme mukavemeti parametrelerinin sistem büyüklüğüne bağlı olacağı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Sürekli yenilme durumunda üç eksenli deney, Hoek-Brown Yenilme Kriteri, Yenilme-sonrası, Kaya kütlesi



Corresponding Author: Yılmaz Mahmutoğlu, Türkiye
LookUs & Online Makale