Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

1353-1359

Authors: Remzi KARAGÜZEL1 , Yılmaz MAHMUTOĞLU2, Meral ERDOĞAN TOPÇUOĞLU3, Gökhan ŞANS4, Aynur DİKBAŞ5

Abstract The major structural defects that cause the displacement in rock are discontinuities (fracture-joint-fault) and karstic cavities. Depending on the position and geometry of the karstic cavities, sinkholes occur both within the bedrock and in the cover layers. Occurance of sinkholes primarily depends on existence of carbonate rocks containing sub-surface karstic cavities and loose and weak cover layers. Following the landslides occured in 2011, it was planned to reduce the hydraulic head of the karstic aquifer which lies at the bottom of the coal-bearing layers in order to restart the mining activity in Afşin-Elbistan Coal Basin. For this purpose, dewatering wells were drilled in January 2015. Two weeks after the drilling, the first sinkhole occured at the southwestern edge of the basin and during the following six months four other sinkholes occured close to the first one. The geological, hydrological, hydrogeological and geo-mechanical models of the basin has been composed in order to understand the mechanism of sinkhole occurence in the Afşin-Elbistan Coal Basin. Thematic maps showing the spatial distribution of parameters which determine the formation of sinkholes were obtained by using a Geographic Information System (GIS) based analysis method. Analytical Hierarchy Process (AHP) approach, which is one of the multi-criteria decision-making analyzes, has been adopted in determining the impact and weight coefficients of each effective parameter which plays a role in occurance of the sinkholes. The Sinkhole Susceptibility Index (SSI) was calculated by using all parameters which were classified and weighted. The SSI refers to the susceptibility of sinkhole occurance. The higher value of the SSI means that the risk of potential occurrence of a sinkhole is high. Calculated SSI in the study area ranges from 9 to 110 and the higher values were obtained for the area corresponding to the margin of the basin where the sinkholes occurred. Öz Kaya ortamlarda çökme türü yerdeğiştirmelere neden olan önemli yapısal kusurlar, süreksizlikler (kırık-çatlak-fay) ve karstik boşluklardır. Karstik boşlukların konum ve geometrilerine bağlı olarak hem temel kayada hem de örtü tabakasında obruklar oluşabilmektedir. Obruk oluşumu, birinci derecede, karstik yapı içeren karbonatlı kayaçların varlığı ve bunları örten gevşek ve zayıf malzemenin olup olmamasına bağlıdır. Afşin-Elbistan maden sahasında 2011 yılında yaşanan heyelanlardan sonra madencilik faaliyetinin yeniden başlatılması için kömürlü çökellerin tabanında bulunan karstik basınçlı akiferin hidrolik yükünün düşürülmesi planlanmıştır. Bu amaca yönelik susuzlaştırma kuyuları Ocak-2015 ayından itibaren işletmeye alınmaya başlanmıştır. Havza kenarında ilki, bu tarihten iki hafta sonra olmak üzere 6 ayda toplam 5 adet obruk oluşmuştur. Maden Sahasında obruk oluşum mekanizmasının anlaşılmasına ve potansiyel obruk alanlarının belirlenmesine yönelik olarak yoğun bir araştırma ve inceleme programı yürütülmüştür. Bu kapsamda havzanın jeomorfolojik, jeolojik, hidrolojik, hidrojeolojik ve jeomekanik modelleri oluşturulmuş ve hazırlanan veri tabanına eklenmiştir. Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) tabanlı bir analiz yönteminden yararlanılarak obruk oluşumunu belirleyen parametrelerin alansal dağılımını gösteren tematik haritalar hazırlanmıştır. Obruk oluşumunda parametrelerin etki derecesi ve ağırlık katsayılarının belirlenmesinde çok ölçütlü karar verme analizlerinden biri olan Analitik Hiyerarşi Süreci (AHS) yaklaşımı benimsenmiştir. Sınıflandırma ve ağırlıklandırma işlemi yapılan tüm parametreler kullanılarak Obruk Hassasiyet İndeksi (SSI) hesaplanmıştır. SSI değeri ortamın obruk oluşumuna karşı hassasiyetini ifade eder. Yüksek SSI değeri ortamın obruk oluşumuna karşı hassasiyetin yüksek olduğunu göstermektedir. İnceleme alanında en yüksek SSI değerlerinin havza kenarına karşılık geldiği belirlenmiş ve oluşan obrukların da aynı bölgede yer aldığı görülmüştür. Anahtar kelimeler: Karst, Kömür sahası, Obruk hassasiyet indeksi, Susuzlaştırma, Yeraltısuyu.

1365-1372

Authors: Yılmaz MAHMUTOĞLU1 , Gökhan ŞANS2

Abstract 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. Öz 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.

1379-1384

Authors: Hazel ALAN1, Remzi KARAGÜZEL2

Abstract This study has been prepared to clarify the environmental impacts of irregular solid waste disposal sites in Düzce. Solid wastes were found in the Melen dam basin, where the drinking water of the Istanbul metropolitan area was provided and poured on the edge of the Küçük Melen Stream and on alluvium without taking any precautions. Geological and hydrogeological maps of solid waste irregular disposal sites and its surroundings are prepared. In order to determine the groundwater quality in the study area chemical analysis results determined for potability and various usability purposes. The hydraulic connection between the surface and groundwater of irregular solid waste disposal site was evaluated under different environmental conditions and conceptual models were prepared. It has been determined that the solid waste irregular storage site in the study area negatively affects the surface and groundwater quality and the water samples are not suitable for human consumption purposes. As a result, transportation of solid wastes in the drinking water basin from the region to a regular solid waste storage facility or construction of a 45 m deep all-around impermeability curtain has been seen as secure solution methods. Furthermore, in the condition of the leak water level in the environment which is isolated from the surface water and groundwater is below the natural water level, it will have been prevented the water flow out of the storage facility. Öz Bu çalışmada, Düzce İli’nde yer alan katı atık düzensiz depolama sahasının su kaynaklarına etkisinin belirlenmesi ve iyileştirilmesine yönelik öneriler getirilmesi amaçlanmaktadır. Katı atıklar, İstanbul metropolitanının içme suyunun temin edildiği Melen Barajı havzasında olup, Küçük Melen Çayı kenarında ve alüvyon üzerinde hiçbir önlem alınmaksızın dökülmüştür. Düzensiz depolama alanı ve yakın çevresinin, jeoloji ve hidrojeoloji haritaları hazırlanmıştır. İnceleme alanında düzensiz katı atık sahasının yüzey ve yeraltısuyu kalitesine etkisini belirlemek amacıyla; sahanın menba ve mansap tarafında temsili noktalardan su örnekleri alınmıştır. Alınan su örneklerinin kimyasal analizleri yapılmış, kirlilik durumları ve çeşitli kullanım alanlarına uygunlukları tartışılmıştır. Katı atık düzensiz depolama sahasının yüzey ve yeraltısuları ile ilişkisi farklı çevre koşullarında değerlendirilmiş ve kavramsal modeller hazırlanmıştır. İnceleme alanında düzensiz katı atık sahasının yüzey ve yeraltısuyu kalitesini olumsuz etkilediği ve suların insani tüketim amacına uygun olmadıkları tespit edilmiştir. Sonuç olarak, içme suyu havzasında bulunan katı atıkların bölgeden düzenli bir depolama tesisine taşınması veya 45 m derinliğinde çepeçevre bir sızdırmazlık perdesinin inşası güvenli çözüm yöntemleri olarak görülmüştür. Ayrıca, yüzey ve yeraltısularından izole edilecek ortamdaki sızıntı suyu seviyesinin doğal ortam su seviyesinin altında olması depolama tesisinden dışa su akımına engel olacağı tespit edilmiştir. Anahtar kelimeler: Katı atık, Hidrojeoloji, Islah çalışmaları.

1393-1400

Authors: Hitoshi MATSUBARA1 , Takashi ITO2*

Abstract The development of prediction techniques for the evolution of karstic caves is essential for geohazard prevention because limestone collapse commonly accompanies their complex dissolution process. Previous studies to understand the dissolution mechanisms focus on field-based and/or small-scale experimental approaches. Although several large-scale numerical simulations have been conducted due to improved computing capabilities, mathematical modelling and numerical simulation for the three-dimensional dissolution of limestone remains unavailable. In this study, we examine the three-dimensional dissolution phenomenon of calcium carbonate in limestone and propose mathematical and numerical models based on an advection, reaction, and diffusion system involving Darcy’s law. Additionally, we implement the models using a finite difference method involving the constrained interpolation profile with conservative semi-Lagrangian scheme, and dissolution patterns of the calcium carbonates obtained by the proposed model are presented. The simulation demonstrates that the dissolution of calcium carbonate is strongly related to the groundwater flow, with increasing pores and cavities toward the groundwater flow direction, and the dissolution rate depends on the contact area between the groundwater and limestone. Öz Yeraltı boşluklarının kimyasal reaksiyon evrimine bağlı tahmin tekniklerinin geliştirilmesi çökme tehlikeleri açısından önemli olup kireçtaslarında görülen çökme karmaşık çözünme işlevleri ile gerçekleşmektedir. Bu bağlamda, çoğu arastırmacı çözünme mekanizmasını arazi ve/veya küçük ölçekli laboratuvar deney yaklaşımları ile anlamaya çalışmaktadır. Bilgisayar performanslarının gelişmesiyle fazla sayıda büyük ölçekli sayısal simülasyon çalısmalarının yapılmasına rağmen, günümüze değin kireçtasında üç boyutlu matematiksel modelleme ve sayısal simülasyon gerçekleştirilmemiştir. Bu çalısmada, yazar kireçtasındaki kalsiyum karbonatın çözünme olayına odaklanmış ve adveksiyon-reaksiyon-difüzyon ve Darcy kanununu temel alan matematiksel bir model sunmuştur. Ayrıca, yazar modeli, sonlu farklar yöntemi CIP_CSL2 düzenine uygulamıştır. Bu çalışmada, önerilen model ile belirlenen kalsiyum karbonatın bazı çözünme paternleri sunulmuştur. Sonuç olarak, kalsiyum karbonatın yeraltı suyu akışı ile doğrudan ilişkili olarak çözündüğü ve gözenekler ile mağaraların yeraltı suyu akışı yönünde genişlediği ve çözünme miktarının yeraltı suyu ile kireçtaşı arasındaki temas alanına bağlı olduğu sayısal olarak gösterilmiştir. Anahtar kelimeler: Kireçtası çözünmesi, Adveksiyon-reaksiyon-difüzyon sistemi, Sonlu farklar metodu, CIP_CSL2 metodu.

1408-1412

Authors: Özkan CORUK1 , Aydın KAVAK2

Abstract The slopes at the north of Uludağ, where there is an unplanned and dense settlement, have landslide potential in terms of engineering geology. In this study, the causes of the landslide occurring as a result of the uncontrolled excavation carried out on the slope with landslide potential and the improvement or control studies were investigated. With the disturbance of the slope stability, settling and deformations on the upper part of the slope increased, and then 8 decares of area was affected by the flow and sliding mass movements on the slope, and approximately 80 houses in this section were evacuated for safety purposes. As a result of the researches and investigations made in the landslide field, an engineering geology model is revealed Geotechnical properties of geological units and the depth of slip surface were determined by the field and laboratory studies. Prevention and support projects are prepared according to geotechnical properties. As a first measure within the scope of the project, the construction of the support structure consisting of double rows of bored piles in the toe cut was then controlled by the production of a three levelled support structure. This study is a typical example where uncontrolled excavations without consideration of engineering geology and geotechnical conditions cause serious costs and other grievances. Öz Uludağ yükseliminin kuzey eteğindeki yüksek eğimli, plansız ve yoğun yapılaşmanın olduğu yamaçlar mühendislik jeolojisi açısından heyelan potansiyeli taşımaktadır. Bu çalışmada heyelan potansiyeli taşıyan yamaçta gerçekleştirilen kontrolsüz kazı sonucunda gelişen heyelanın oluşum nedenleri ve iyileştirme veya kontrol çalışmaları araştırılmıştır. Yamaç dengesini bozulmasıyla yaklaşık 10 günlük süreçte öncelikle şevin üst kesiminde oturma ve deformasyonlar artmış daha sonra yamaçta gerçekleşen akma ve kayma türü kütle hareketinden 8 dönümlük alan etkilenmiş ve bu kesimdeki yaklaşık 80 ev güvenlik amacıyla boşaltılmıştır. Heyelan sahasında yapılan araştırma ve incelemeler sonucunda mühendislik jeolojisi modeli ortaya konulmuştur. Arazi ve laboratuvar çalışmaları ile kayma yüzeyi, temel ve örtü birimlerin jeoteknik özellikleri saptanmıştır. Bu özeliklere göre önlem ve destek projeleri hazırlanmıştır. Proje kapsamında ilk önlem olarak topuk kesimde çift sıra şaşırtmalı fore kazıklardan oluşan destek yapısının imalatı, daha sonra 3 kademe destek yapısı imalatı ile heyelan kontrol altına alınmıştır. Mühendislik jeolojisi ve jeoteknik koşullar dikkate alınmadan yapılan kontrolsüz kazıların ciddi maliyet ve diğer mağduriyetlere neden olmaktadır. Bu vaka bu tür mağduriyetlere tipik bir örnek teşkil etmektedir. Anahtar kelimeler: Heyelan, Kontrolsüz kazılar, Heyelan önlem yöntemleri.