Sülfatça Zengin Killi Kayaların Dayanım ve Deformasyon Özellikleri ile Gevrek Kırılma Süreçleri

Özet

Sülfatça zengin killi kayalar üzerinde yapılan mühendislik çalışmalarında jips oluşumuna bağlı kabarmalar önemli sorunlara yol açmaktadır. Jips oluşumu genellikle, önceden varolan ve gerilim rahatlamaları sonucu genişleyen tektonik yapılara bağlı olarak veya çevresel gerilmeler etkisi ile oluşan mikroçatlakar boyunca gelişmektedir. Sülfatça zengin killi kayalar içerisinde yapılan yeraltı kazılarında, gerilmelerin, kırıklanma başlangıcı eşik değerini aşması durumunda, gevrek kırılma prensiblerine bağlı olarak deformasyon bölgeleri oluşmaktadır. Bu deformasyon bölgelerindeki mikroçatlakların, sülfatça zengin yeraltısularından jipsin çökelmesi için uygun koşulları sağlayacağı öne sürülmektedir. Bu çalışmada, sülfat içeriği yüksek killi kayaların yenilme mekanizlamalarını açıklayabilmek için tek eksenli ve üç eksenli sıkışma testleri, akustik emisyon ve yüksek çözünürlüklü deformasyon ölçümleri, mikroyapısal ve mineralojik analizler ile birlikte gerçekleştirilmiştir. Çalışmada kullanılan örnekler İsviçre’nin kuzey kesimlerinde bulunan Belchen tünellerindeki Triyas yaşlı Gipskeuper formasyonundan alınmıştır. Çalışılan kaya birimi, tipik olarak belirgin killi seviyelerden, sert anhidrit damarlarından ve nodüllerinden oluşmaktadır. Çalışma sırasında, düşük deviatorik gerilme koşullarındaki yenilme davranışının, mikrokkırıkların ilk oluşmaya başladığı killi matriksin dayanımı ile kontrol edildiği ortaya konmuştur. Bunun yanında, artan deviatör gerilme veya şekil değiştirmeler ile, ilerleyen mikroçatlakların sağlam heterojen unsurlar tarafindan sınırlandırıldığı belirlenmiştir. Ayrıca mikrokırıklar, killi seviyeler ile sağlam heterojen yapıların arasındaki sınırı takip ederek gelişmekte veya artan gerilmeler ile daha sağlam heterojen yapıya (Anhidrit damarları) girmektedirler. Elde edilen bulgular daha büyük ölçekte değerlendirildiğinde, anhidrit tabakaları gibi sağlam heterojen yapıların ilerleyen kırıkları sınırlandırabileceği ve kaya kütlesinin hızlı bir şekilde parçalanmasını önleyeceği düşünülmektedir. Bu bağlamda, kaya kütlesinin, mikrokırıklanma başlangıcı eşik değerinin aşılmasından sonra zarar görmesine rağmen heterojen yapısından dolayı kendini tutabilecek olması, hızlı gelişen stabilite problemlerini önleyecektir.