Ankara andezitlerindeki kırık ve çatlakların jeomekanik çözümlemesi

Abstract

IV ÖZET Bu çalışmada, Ankara kenti sınırları içerisindeki kayaç zeminlerin önemli bir kısmını oluşturan andezitlerde, çeşit li yönlerde gelişmiş olan kırık ve çatlakların jeomekanik özellikleri ile andezitlerin eklemli kayaç kütle özelliklerinin bilimsel yöntemlerle araştırılması; elde edilebilecek verilerin, mühendislik jeolojisi ve bölge tektoniği açısın dan değerlendirilip yorumlandıktan sonra, konuyla ilgili kişi ve kuruluşların yararlanmalarına sunulması amaçlanmış tır. Bu amaca yönelik olarak; önce, çalışma alanının önceden yapılmış jeolojik çıkma haritası temel alınarak; 1:15 000 ölçekli Ankara andezitleri jeolojik çıkma harita sı oluşturulmuştur. Çalışmanın ilk aşamasında; inceleme alanındaki kırık ve çatlakların takım ve/veya sistem oluşturup oluşturmadığını belirleyebilmek amacı ile, kent içindeki andezit çıkmalarında sistematik kırık ve çatlak ölçümleri yapılmıştır. Daha sonra, bu kırık ve çatlak ölçümleri, bir bilgisayar programı ile değerlendirilerek, kontur diyagramları, gül diyagramları ve eğim değerleri dağılımını gösteren histogramlar elde edilmiştir. Gül diyagramı çözümlemelerin den yararlanılarak; Ankara andezitlerindeki kırık ve çatlakların gül diyagramları haritası ve Ankara andezitlerindeki kırık ve çatlak sisteminin bölgeyi etkileyen asal gerilimlerle olan ilişkisini gösteren bir harita oluşturulmuştur. Çalışmanın ikinci aşamasında ise, kırık ve çatlakların eniyi gözlenebildiği ve ölçülebildiği sekiz farklı noktada, kırık ve çatlakların jeomekanik özellikleri belirlenmiş ve andezitlerin eklemli kayaç kütle sınıflaması yapılmıştır. Ayrıca, kırık ve çatlaklardan 34 adet dolgu örneği alınarak i bunların mineralojik içerikleri laboratuvar çözümlemeleri ile belirlenmiştir. Son olarak, tüm bu çalışmalardan elde edilen bilgiler ışığında, andezitlerdeki kırık ve çatlak takımları, bölge tektoniği açısından tartışılmış; kırık ve çat lakların Jeomekanik özellikleri ile ilgili olarak andezitler de oluşabilecek yer kayması, göçme ve taş düşmesi gibi önem li bazı mühendislik sorunları belirlenmeye çalışılmıştır. Çalışmadan elde edilen genel sonuçlara göre; Ankara andezitlerindeki kırık ve çatlaklar sistematik takımlar oluştururlar. Gül diyagramı çözümlemelerine göre bu takımlarda egemen olan üç doğrultu K4-5D, K5B ve K75B olarak belirlenmiş olup; bunların dışında sistematik olmayan, gelişigüzel gelişmiş ve daha çok soğuma sonucu oluştuğu sanılan kırık ve çatlaklar da gözlenmiştir. Kontur diyagramı çözümlemelerine göre kırık ve çatlak takımlarında egemen olan doğrul tu-eğim değerleri ise, K82B/83GB, K36D/73GB, K61D/75GD, K25B/53KD ve K20D/80GD ' dur. Andezitlerdeki kırık ve çatlaklar, genelde 85º gibi yüksek bir eğim değerine sahip olup; egemen olan eğim yönü 185º dir. Ankara andezitlerindeki kırık ve çatlaklar, 200- 600 mm. arasında değişen 'orta' aralık değerine; 3-10 m. arasında değişen 'orta' devamlılığa; 6-20 mm. arasında değişen 'dar' açıklık değerine; ve ' düz-kaba' yüzey pürüzlü-vi lüğüne sahiptirler. Bloklu bir yapıya sahip Ankara andezitlerinde ortalama blok boyutu indeksi 60 cm. olup; hacımsal eklem sayısı verilerine göre bunlar, 'orta boy' bloklar olarak tanımlanabilir. Kırık ve çatlak dolgu malzemelerinde egemen olan mineraller; başta kil mineralleri olmak üzere plajiyoklaz, kalsit ve kuvars olup, kil minerali türleri montmorillonit, kaolinit, illit ve klorittir. Eklemli kayaç kütle sınıflamasına göre; Ankara andezitleri, ortalama 55 toplam puanla 'oldukça iyi' kayaç sınıfında yer alırlar. Ankara bölgesinin tektonik gelişiminde etkin olan asal gerilim eksenleri ile andezitlerde belirlenen egemen kırık-çatlak takımlarının doğrultuları, mekanik açıdan uyumluluk gösterirler. Genelde, KB-GD ve KD-GB dogrultulu takımlar 'makaslama1, yaklaşık K-G doğrultulu takımlar ise, 'tansiyon' çatlakları niteliğindedirler.

vii SUMMARY The present study aims to present the geomechanical proper ties of the fractures and joints developed in various di rections within the andesites which form important portion of the rock units in the city of Ankara; to investigate the jointed rock mass properties of these andesites utilizing the scientific methods and to evaluate them from the point of view of engineering geology and regional tectonics; and to put the data to be obtained from this investigation and evaluation in use of those who are concerned with the subject. Directed to this purpose, first a 1:15 000 scaled outcrop map of the Ankara andesites, based on the existing geological outcrop map of Ankara, was established. During the first stage of the study, a systematic survey of frac tures and joints in the andesite outcrops was carried out in order to determine whether they form sets and/or systems. The measured fractures and joints were evaluated in terms of rose diagrams, contour diagrams and histograms utilizing computer programs. Based on the rose diagram analyses, a map of fracture and joints in the Ankara andesites was pre pared along with another map showing the relationship bet ween fracture and joint systems and the orientation of prin cipal stresses which had been effective in the regional tec tonics of the area. At the second stage of the study, geo mechanical properties of the fractures and joints were de termined at eight different locations where they could bestviii be observed and measured; and the Jointed rock mass classi fication of the andesites was made. Furthermore, mineralo- gical compositions of 34- samples taken from infill materials were determined in laboratory. Finally, under the light of the information and data obtained from above studies, the fractures and Joints of Ankara andesites were discussed in regard with the regional tectonics of the area; and some en gineering geology problems, such as landslide, subsidence and rock fall, associated with the geomechanical properties of the fractures and joints in Ankara andesites were attempt ed to be determined. According to the general results obtained from the study; the fractures and joints in the Ankara andesites form systematic sets. The rose diagram analyses show that the three prevailing directions in these sets are determined to be N45E, N5W and N75W; while randomly developed other frac tures and joints, probably formed as a result of cooling, as well encountered besides the above mentioned sets. The strike and dip values of the fracture and joint sets, recog nized from the contour diagrams, are N28W/83SW, N36E/73NW, N61E/73NW, N25W/53NE and N20E/80SE. The fractures and joints developed in Ankara andesites generally have a large dip angle, being 85. degrees; with a dominant dip direction of 185 degrees. The fractures and joints in the Ankara andesites have 'moderate' spacing values, between 200-600 mm.; 'medium' persistence values, between 3-10 m. ; 'narrow' aperture va-ix lues, between 6-20 mm.; and the surface roughness described as 'smooth-rough'. The blocks of the Ankara andesites, having a block size index of about 60 cm., may be classified as 'me dium size1 according to the volumetric joint count data. The principal minerals in the infill materials of the fractures and joints in the Ankara andesites are mainly clay minerals (i.e., montmorillonit, kaolinite, illit and chlorite), pla- gioclase, calcite and quartz. On the basis of jointed rock. mass classification, the Ankara andesites can be evaluated as being 'quite good' with an average total rating of 55 po ints. The directions of the principal stresses that have been effective in the tectonic evolution of the Ankara regi on, are found to be mechanically conformable with the direc tions of the dominant fracture and joint sets determined in the Ankara andesites. In general, the NW-SE and NE-SW trending sets are determined to be 'shear' joints, whereas the N-S striking sets are 'tension' joints.