Pamukkale Univ Muh Bilim Derg. 2020; 26(8): 1365-1372 | DOI: 10.5505/pajes.2020.27543

Mikro-çatlaklý Mermerin Yenilme-Sonrasý Dayanýmýnýn Hoek-Brown Yenilme Kriteri ile Karþýlaþtýrmasý

Yýlmaz Mahmutoðlu, Gökhan Þans
Ýstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Fakültesi, Jeoloji Mühendisliði Bölümü, Maslak, Ýstanbul

Kaya kütlesinin yenilme kriteri yüzey ve yeraltý yapýlarýnýn tasarýmýnda en önemli temeldir. Ancak, çatlaklý kaya kütlesinin davranýþý ve kýrýlma koþulu günümüzde de kaya mekaniðinin merak edilen konularý arasýndadýr. Bu tartýþmalarýn esas nedeni jeoteknik uygulamalar sýrasýnda veya sonrasýnda karþýlaþýlan problemlerdir. Bu konudaki, deneye dayalý ve teorik yaklaþýmlardan bazýlarý, mühendislik kanaatleri ile uyumlu ve karar verme sürecine yardýmcý olmalarý nedeniyle sýk kullanýlmaktadýr. Uygulamanýn boyutuna baðlý sistem büyüklüðü kavramýnýn öne çýkarýldýðý güncel çalýþmalar, mevcut yenilme kriterlerinin kuþkuyla sorgulanýr olduðuna iþaret etmektedir. Pratikte yaygýn kullanýlan Mohr-Coulomb yenilme kriterinin çok cisimden oluþan süreksiz ortamlarýn (çatlaklý kaya) yenilme koþulunu tam olarak temsil edemeyeceði açýktýr. Kayanýn süreksiz bir ortam karakteri taþýmasý nedeniyle, 1970’lerden itibaren arayýþ içerisine girilmiþ, 1980’li yýllarda önerilen ve günümüze kadar birçok kez modifiye edilen Hoek-Brown yenilme kriteri uygulamada kabullenilmiþtir. Ancak, bu yenilme ölçütünde kullanýlan ve farklý türden kayalar için önerilen ampirik parametrelerin de tartýþmaya açýk olduðu bilinmektedir. Makalede, bu gerçekten hareketle, laboratuvar ölçeðinde fiziksel olarak çatlaklý kayaya önceden benzetilen mikro-fissürlü model malzemesi üzerinde sürdürülen mekanik deney sonuçlarý tartýþýlmýþtýr. Model malzemesi olarak ýsýl iþlemle tane sýnýrlarý farklý düzeylerde örselenen mermer örnekleri kullanýlmýþtýr. Sürekli yenilme durumunda üç eksenli deneylerden elde edilen yenilme zarflarý Mohr-Coulomb ve Hoek-Brown yenilme kriterleriyle karþýlaþtýrýlmýþtýr. Sonuçta, üç eksenli deneylerde yenilme sürecini ve taneler arasý doku yenilmesini temsil eden (post-failure) eðrilerin Hoek-Brown yenilme kriteri ile benzer ve kýyaslanabilir olduðu ortaya konmuþtur. Karþýlaþtýrma sonucunda, düþük çevre gerilmeleri için elde edilen dayanýmýn Hoek-Brown yenilme kriterinden elde edilenden daha düþük olduðu belirlenmiþtir. Deneysel çalýþmalardan süreksiz ortamlarda yenilmenin dokuyu oluþturan elemanlar arasýnda geliþeceði, dolayýsýyla pratikte sýkça kullanýlan kesme mukavemeti parametrelerinin sistem büyüklüðüne baðlý olacaðý görülmüþtür.

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

---

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

Yýlmaz Mahmutoðlu, Gökhan Þans
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.

---