Kaya kesme verilerinin bölgesel değişkenliklerinin bir konik keski için incelenmesi

Günümüzde jeoistatiksel analiz çeşitli problemlerin çözülmesi ve analiz edilmesi için madencilik faaliyetlerinde cevher noktalarının olasılık dağılımlarını tahmin etmek için geliştirilmiştir, şu anda petrol jeolojisi, hidrojeoloji, hidroloji, meteoroloji, oşinografi, jeokimya, jeometalurji, coğrafya, ormancılık, çevre kontrolü, peyzaj ekolojisi, toprak bilimi ve tarım gibi farklı disiplinlerde uygulanmaktadır. Jeoistatistik coğrafyanın çeşitli dalları, hastalıkların yayılması (epidemiyoloji), ticaret ve askeri planlama (lojistik) uygulaması ve etkin mekansal ağların gelişmesini ilgilendiren özelliklerde uygulanır. Jeoistatistiksel metotlar, yer özelliklerinin yersel değişkenliğinin sayısallaştırılmasında, yer özelliklerinin yersel değişkenliğinin zamana ve uzaya bağlı olarak tanımlanmasında ve örneklemenin sınırlı olduğu alanlarda yer özelliklerinin tahmin edilmesinde karşılaşılan problemlerin çözümünde incelenen yer özelliğinin fonksiyonunu tanımlamak için yaygın bir biçimde kullanılmaktadır. Yer biliminde son dönemlerde jeoistatistiksel metotların uygulamaları farklı kriging metotları kullanılarak, toprak özelliklerinin tahmin edilen yersel değişkenliğine odaklanmıştır. Jeoistatistikte işlemler metotlar iki aşamalıdır. İlk aşamada, incelemeye konu olan yer özelliğinin ölçülen noktaları arasındaki otokorelasyonun, yani doğal olarak bulunan yersel bağımlılığın derecesi belirlenmekte, ikinci aşamada ise ileri bir interpolasyon tekniği yardımıyla incelenen özelliğin örneklenmeyen nokta ve alanlardaki değerleri tahmin edilerek dağılım deseni belirlenmeye çalışılmaktadır. Semivariogramlar yersel bağımlılık derecesinin belirlenmesi ve kriging analizi ise interpolasyon aşamasında yaygın olarak kullanılan araçlardır. Ancak kazı mekaniğinde jeoistatistiğin uygulanması konusunda şu ana kadar yeterli bir çalışma yapılmamıştır. Bu tez çalışmasının ana amacı, bir boyutlu kesme sinyallerini (verilerini) jeoistatiksel yöntemlerle analiz ederek kazı mekaniğinin daha iyi anlaşılmasını sağlayabilmektir. Tezin ilk kısmında kazı mekaniğinin tarihsel gelişimi, kullanıldığı alanlar, kaya kesme mekanizması, kullanılan konik keskiler ve jeoistatiksel yöntemler hakkında genel bilgiler ve teorik bilgiler ile jeoistatistiğin yer bilimlerine uygulanışı hakkında daha önce yapılmış çalışmalar kısaca özetlenmiştir. İkinci olarak, altı farklı kayaçtan daha önce elde edilmiş olan kaya kesme verilerinin GS+ programı yardımıyla külçe etkisi (nugget), sil ve etki mesafesi (range) gibi variogram parametrelerinin hesaplanması anlatılmıştır. Daha sonra, variogram parametrelerinin (külçe etkisi, sil ve etki mesafesi) yardımlı (etkileşimli) ve yardımsız (etkileşimsiz) kesme koşullarında elde edilen ortalama normal kuvvet, ortalama kesme kuvveti, maksimum ortalama normal kuvvet, maksimum ortalama kesme kuvveti, pasa irilik katsayısı, optimum pasa irilik katsayısı, spesifik enerji ve optimum spesifik enerji gibi kaya kesme performans parametreleri ve kaya özellikleri (basınç dayanımı, çekme dayanımı, statik elastisite modülü ve dinamik elastisite modülü) ile ilişkileri incelenmiştir. Variogram parametreleri ve kesme derinliği arasındaki ilişki incelendiğinde, etkileşimli (yardımlı) ve etkileşimsiz (yardımsız) kesme koşullarındaki hem normal hem de kesme kuvveti verileri arasında genel olarak olumlu yönde (artan) trend bulunmuştur. Etkileşimsiz (yardımsız) normal kuvvet datalarının analizi sonucunda, hem 5 mm hem de 9 mm kesme derinliğinde sil ile keski kuvvetleri arasında olumlu yönde (artan) ilişkiler gözlemlenirken aynı ilişki pasa irilik katsayısı ile bulunmamıştır. Fakat aynı kesme derinliklerinde külçe etkisi ile keski kuvvetleri arasında data boşluğu olmasından kaynaklı aynı ilişkiler bulunamamıştır. Etki mesafesi de külçe etkisine benzer şekilde keski kuvvetleri ile arasında iyi ilişkiler bulunamamıştır. Normal kuvvet verileri için spesifik enerji ve pasa irilik katsayısı ile variogram parametreleri arasında bu kesme koşullarında anlamlı ilişki bulunamamıştır. Etkileşimsiz (yardımsız) kesme kuvveti datalarının analizi sonucunda, hem 5 mm hem de 9 mm kesme derinliğinde sil ve külçe etkisi ile keski kuvveti ve spesifik enerji arasında olumlu yönde (artan) ilişkiler gözlemlenmiştir. Fakat etki mesfesi ile aynı ilişkiler bulunamamıştır. 5 mm kesme derinliğinde kesme kuvveti datalarından elde edilen külçe etkisi ile normal kuvvet arasında doğrusal bir ilişki gözlemlenmiştir. Kesme kuvveti verileri için pasa irilik katsayısı ile variogram parametreleri arasında bu kesme koşullarında anlamlı ilişki bulunamamıştır. Optimum kesme koşullarında (keskiler arası mesafenin kesme derinliğine oranının optimum şartları sağladığı nokta) elde edilen etkileşimli (yardımlı) kesme ve normal kuvvet verileri analiz edilmiştir. 5 mm kesme derinliğinde normal kuvvet verilerinden elde edilen sil ile optimum pasa irilik katsayısı, ortalama maksimum normal kuvvet, ortalama normal kuvvet, kesme kuvveti, ortalama maksimum kesme kuvveti ve optimum spesifik enerji arasında oldukça iyi korelasyonlar gözlemlenmiştir. 5 mm kesme derinliğinde etkileşimli kesme kuvveti verilerinin analizi sonucunda optimum spesifik enerji haricinde normal kuvvet verilerinde olduğu gibi yüksek korelasyonlar elde edilmiştir. Optimum spesifik enerji ile kesme kuvveti verilerinden elde edilen variogram parametreleri arasında da genel bir trend bulunmuştur. 5 mm derinlikteki normal kuvvet verilerinin analizi sonucundaki külçe etkisi ile variogram parametreleri arasında çok yüksek korelasyonlar bulunamasa bile genel bir trend bulunmaktadır. 5 mm derinlikteki etki mesafesi ile hem kesme hem de normal kuvvet verileri arasında ilişki incelendiğinde, normal kuvvet verileri ile ilişiki kurulamamasına rağmen, kesme kuvvetinde optimum spesifik enerji hariç genel trendler bulunmuştur. Optimum kesme koşulları altında 9 mm kesme derinliğinde normal ve kesme kuvveti verileri analiz edildiğinde; hem kesme hem de normal kuvvet dataları için kesme performansı parametreleri ve sil arasında optimum pasa irilik katsayısı haricinde olumlu yönde (artan) ilişkiler bulunmuştur. Külçe etkisi ile kesme performansı parametreleri arasında trend gözlemlenmiştir fakat etki mesafesi ile aynı trendler bulunamamıştır. Kaya özellikleri (basınç ve çekme dayanımları, statik ve dinamik elastisite modülleri) ve variogram parametreleri arasındaki ilişkiler incelendiğinde ise herhangi bir trend bulunamamıştır. Bu çalışma ile konik tip keskilerin bazı kesme performansı göstergelerinin, bölgesel değişkenliği belirleyen variogram parametreleri kullanılarak genel olarak tahmin edilebileceği gösterilmiştir. Ayrıca, etki mesafesi parametresinin kırıntı boyutu ve/veya kesme mekanizmasını açıklamak için yeterli olmadığı gösterilmiştir.