Gerilmeye maruz kalan bir kayanın yenilme ve deformasyon karakteri mikro ölçekteki çatlaklanma sürecine bağlıdır. Bu sürecin nasıl evrildiğinin anlaşılması konusunda farklı laboratuvar ve analitik yöntemler kullanılmaktadır. Bu çalışmada söz konusu yöntemlere bir alternatif olarak mikro çatlaklanma sürecinin sayısal modelleme tekniği ile tespit edilebilirliği araştırılmıştır. İgnimbirit, mermer ve diyabaz olmak üzere üç farklı kaya türü üzerinde yapılan laboratuvar deneylerinden elde edilen makro mekanik parametreler, ayrık elemanlar yöntemine (DEM) dayalı sayısal kaya modellerinin kalibrasyonunda kullanılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde model tahminleri ile laboratuvar verilerinin uyumlu olduğu belirlenmiş ve bu durum sayısal çatlaklanma analizlerinin kaya ortamını temsil edecek şekilde yürütülebileceğini göstermiştir. Laboratuvar deneylerinin simülasyonlarında, sıkışma gerilmesi altındaki model örneklerde mikro çatlaklanmanın başladığı (σci) ve ilerleyerek biriktiği (σcd) kritik eşik gerilme seviyeleri tespit edilmiştir. Bu gerilme seviyeleri sırasıyla ignimbirit için σci = 25 MPa ve σcd = 37 MPa; mermer için σci = 21 MPa ve σcd = 30 MPa ve diyabaz için σci = 38 MPa ve σcd = 55 MPa olarak belirlenmiştir. Tüm kaya modellerinde mikro çatlaklanma çekme mekanizması tarafından kontrol edilirken her üç kaya türü de gevrek bir davranış sergilemektedir. Elde edilen tüm veriler, kayalardaki mikro çatlaklanma sürecinin araştırılmasında DEM tabanlı sayısal modelleme tekniğinin diğer yöntemlere alternatif olarak güvenli bir şekilde kullanılabileceğini göstermektedir.
The failure and deformation characteristics of rock under stress are controlled by microcracking process. There are various laboratory and analytical methods for understanding the evolution of this phenomenon. In this study, the applicability of the numerical modeling technique for detecting the microcracking process is investigated as an alternative method among the other techniques. Macro mechanical parameters derived from the laboratory tests, performed on three different rock types such as ignimbrite, marble, and diabase are used in the calibration of the numerical rock models which are generated based on the discrete element method (DEM). According to the results, model predictions and laboratory measurements are in good agreement that verifying cracking analysis can be performed as being representative of the rock domain in the numerical platform. During the simulations of laboratory tests, the initiation (σci) and propagation (σcd) stress thresholds of microcracking are determined in the model samples under compressive loading. These stress levels are σci = 25 MPa and σcd = 37 MPa for ignimbrite, σci = 21 MPa and σcd = 30 MPa for marble, and σci = 38 MPa and σcd = 55 MPa for diabase, respectively. Microcracking in all rock models is controlled by extensional mechanisms, and all rock types present brittle behavior. Overall, our insights show that the numerical modeling technique based on DEM can be used reliably as an alternative methodology to the other techniques for the investigation of the microcracking process in rocks.
