Bu çalışmadaki sünme hasarı–P-dalgası hız alanı bütünleşik sayısal görüntüleme çerçevesi, derin bir maden galerisini çevreleyen kayanın zamana bağlı mekanik hasarını modelleyen ve aynı hasarın elastik P-dalgası hızındaki değişim üzerinden üç boyutlu olarak görüntülenmesini sağlayan COMSOL tabanlı bir analiz sistemidir. Çerçeve Norton–Bailey sünme modeli, Weibull dağılımlı mekanik heterojenlik, elastik hasar modeli, aktif kaynaklı P-dalgası yayılımı ve bölgesel mekânsal korelasyona dayalı hız alanı rekonstrüksiyonunu bir araya getirmektedir. 1–210 günlük sayısal evrimde düşük hızlı bölgeler önce fay ile galeri tavanının kesiştiği alanda ortaya çıkmış, 30–90 gün arasında fay ve galeri çevresine yayılmış, 90–210 gün arasında ise bağlantılı bölgesel düşük-hız kuşaklarına dönüşmüştür. En önemli yorum sınırı, uzun dönem P-dalgası verilerinin gerçek saha ölçümü değil sayısal model çıktısı olması ve saha doğrulamasının yalnız hasar konumu ve morfolojisi bakımından nitel yapılmış olmasıdır.

Çalışmanın fiziksel mantığı, hasarlı kayanın mekanik rijitliğinin düşmesiyle elastik dalgaların daha yavaş ilerlemesi arasındaki ilişkiye dayanır. Sürekli yük altında mikroçatlakların oluşması, büyümesi ve birleşmesi elastik modülü ve yapısal bütünlüğü azaltır. Bu değişim P-dalgası ilk varış zamanlarının uzamasına ve yol boyunca hesaplanan eşdeğer dalga hızının düşmesine neden olur. Böylece mekanik olarak doğrudan görülmeyen iç hasar, dalga hızı alanındaki düşük-hız anomalileri üzerinden izlenebilir.

Model, yaklaşık 425 m derinlikteki fay kesen bir maden galerisi bağlamına kurulmuştur. Üç boyutlu analiz hacmi 50 m × 50 m × 25 m, galeri uzunluğu 50 m, galeri kesiti 5 m × 2,5 m ve fay eğimi yaklaşık 65°'dir. Üst sınırda 12,5 MPa eşdeğer örtü yükü uygulanmıştır.

Faydan geçen Y25 kesitinde P-dalgası hızı yaklaşık 3500 m/s başlangıç değerinden 90. günde 3000 m/s ve 210. günde yaklaşık 2600 m/s seviyesine düşmüştür. Faydan uzaktaki Y15 ve Y35 kesitlerinde 210. gün hızları sırasıyla yaklaşık 3200 ve 3300 m/s düzeyinde kalmıştır. Bu farklılık, fay zayıflık düzleminin hasarın konumu, ilerleme yönü ve düşük-hız anomalilerinin geometrisi üzerinde belirleyici bir rol oynadığını göstermektedir.

Araştırmanın temel problemi

Derin maden galerileri ve tüneller, açıldıkları anda sabit bir mekanik durumda kalmaz. Çevre kaya uzun süreli yüksek gerilme altında yavaşça şekil değiştirebilir; bu süreçte mikroçatlaklar gelişebilir, rijitlik azalabilir ve taşıma kapasitesi zamanla düşebilir.

Bu zamana bağlı davranış sünme (creep) olarak adlandırılır. Sünme yalnız toplam yer değiştirmeyi artıran bir deformasyon değildir; süre uzadıkça kaya içindeki hasar dağılımını da değiştirebilir. Dolayısıyla galerinin belirli bir gün güvenli görünmesi, aylar sonra aynı iç yapıya sahip olacağı anlamına gelmez.

Geleneksel sayısal modeller gerilme, deplasman veya hasar alanı üretebilir. Ancak gerçek mühendislik ortamında kaya heterojendir ve başlangıç kusurlarının kesin konumları bilinmez. Bu nedenle yalnız mekanik simülasyona dayanarak sahadaki hasarın nerede yoğunlaştığını dinamik olarak belirlemek güçtür.

Çalışmanın temel fikri, mekanik hasarı ölçülebilir bir fiziksel cevapla eşleştirmektir. Bu cevap P-dalgası hızıdır. Kaya rijitliği ve yapısal bütünlük azaldıkça dalga yayılımı yavaşlayabilir; dolayısıyla hız alanındaki düşük değerler gelişen hasarın dolaylı göstergesi olarak kullanılabilir.

Norton–Bailey sünme modeli

Kaynak toplam birim şekil değiştirmeyi anlık elastik deformasyon ile zamana bağlı sünme deformasyonunun toplamı olarak ifade eder:

\[ \varepsilon=\varepsilon_e+\varepsilon_c \tag{1} \]

Burada \(\varepsilon\) toplam birim şekil değiştirme, \(\varepsilon_e\) anlık elastik bileşen ve \(\varepsilon_c\) sünme bileşenidir. Çalışma, bağımsız bir anlık plastik birim şekil değiştirme terimi kullanmamaktadır; geri döndürülemez zamana bağlı davranış sünme ve hasar kaynaklı rijitlik kaybı içinde temsil edilmektedir.

Norton–Bailey bağıntısı tek eksenli durumda:

\[ \varepsilon_c=A t^m \sigma^n \tag{3} \]

ve sünme hızı:

\[ \dot{\varepsilon}_c=A m t^{m-1}\sigma^n \tag{4} \]

şeklindedir.

Burada \(A\) sünme hız katsayısı, \(m\) zaman/sünme üssü, \(n\) gerilme üssü, \(t\) zaman ve \(\sigma\) gerilmedir. \(n\) gerilme değişiminin sünme hızına doğrusal olmayan etkisini, \(m\) ise zaman bağımlılığının şeklini kontrol eder.

Kaynak modeli üç boyutlu karmaşık gerilme durumuna genişletirken üç temel varsayım kullanır: sünme deformasyonunun hidrostatik basınçtan bağımsız olması, sünme sırasında hacmin korunması ve asal gerilme ile asal sünme-hızı doğrultularının eş eksenli olması.

Üç boyutlu son ifade deviatorik gerilme tensörü üzerinden:

\[ \dot{\varepsilon}_{cij} = \frac{3}{2}S_{ij} A m t^{m-1}\sigma_e^{\,n-1} \tag{7} \]

biçiminde yazılır. \(S_{ij}\) deviatorik gerilme tensörü, \(\sigma_e\) eşdeğer gerilme ve \(\dot{\varepsilon}_{cij}\) sünme birim şekil değiştirme hızı tensörüdür.

Doğal kaya heterojenliği nasıl temsil edildi?

Gerçek kaya kütlesinin bütün küçük hacim elemanları aynı elastik modüle veya dayanım sınırına sahip değildir. Mineral dağılımı, gözenekler, eski mikroçatlaklar ve çimentolanma farklılıkları yerel mekanik parametreleri değiştirir.

Çalışma bu değişkenliği Weibull olasılık dağılımıyla temsil etmektedir:

\[ f(u)= \frac{m}{U_0} \left(\frac{U}{U_0}\right)^{m-1} \exp\left[ -\left(\frac{U}{U_0}\right)^m \right] \tag{8} \]

\(U\), elemanın mekanik parametresini; \(U_0\), bu parametrenin ortalama seviyesini; \(m\) ise heterojenlik derecesini belirleyen şekil parametresini temsil eder. Kaynağa göre daha büyük Weibull \(m\) değeri kayanın daha homojen bir davranışa yaklaşması anlamına gelir.

Not: Kaynak Norton–Bailey sünme denkleminde de \(m\) sembolünü zaman/sünme üssü için kullanmaktadır. Dolayısıyla iki bölümdeki \(m\) aynı fiziksel büyüklüğü temsil etmez; anlamı bağlamdan ayrılmalıdır.

Hasar hangi koşulda başlıyor?

Mikromekanik elemanlarda çekme hasarı için maksimum çekme gerilmesi, kayma/basınç kontrollü hasar için ise Mohr–Coulomb ölçütü kullanılmaktadır:

\[ F_1\equiv \sigma_1-\sigma_{t0}=0 \tag{9} \]

\[ F_2\equiv -\sigma_3+ \sigma_1 \frac{1+\sin\phi}{1-\sin\phi} -\sigma_{c0} =0 \tag{10} \]

Burada \(\sigma_1\) ve \(\sigma_3\) maksimum ve minimum asal gerilmeler; \(\sigma_{t0}\) çekme dayanımı; \(\sigma_{c0}\) basınç dayanımı; \(\phi\) içsel sürtünme açısıdır.

Bir eleman hasar ölçütlerinden birine ulaştığında elastik rijitliği hasar değişkeni \(D\) ile düşürülür:

\[ E=(1-D)E_0 \tag{12} \]

\(D=0\) hasarsız, \(D\) büyüdükçe ise giderek bozulan bir malzeme durumunu temsil eder. Bu eşitlik çalışmanın hız görüntüleme mantığı açısından kritiktir; çünkü elastik modül düştükçe elastik dalganın yayılma özellikleri de değişmektedir.

Üç boyutlu P-dalgası hız alanı görüntüleme bu çalışmada nasıl çalışıyor?

Çalışmada önce sünme–hasar modeli belirli zaman noktalarında üç boyutlu hasar alanını üretir; hasarla düşen mekanik parametreler daha sonra aktif kaynaklı elastik dalga modeline aktarılır, kaynak–alıcı çiftleri arasındaki P-dalgası ilk varış zamanları hesaplanır ve bu yol-hızı bilgisi üç boyutlu hücre ağına dağıtılarak bölgesel mekânsal korelasyonla eksik hücreler tamamlanır.

Elastik dalga yayılımı

Aktif bir kaynak tarafından oluşturulan elastik dalga için momentum denklemi:

\[ \rho \frac{\partial^2 \mathbf{u}}{\partial t^2} -\nabla\cdot\boldsymbol{\sigma} = \mathbf{F}_v \tag{13} \]

şeklinde yazılır. \(\rho\) yoğunluk, \(\mathbf{u}\) yer değiştirme vektörü, \(\boldsymbol{\sigma}\) gerilme tensörü ve \(\mathbf{F}_v\) hacimsel mekanik yük vektörüdür.

Hasar sonrası elastik matris:

\[ \mathbf{C}(D)=(1-D)\mathbf{C}_0 \tag{14} \]

ile azaltılır. Kaynak ayrıca Lamé sabitlerini:

\[ \lambda(D)=(1-D)\lambda_0 \]

\[ \mu(D)=(1-D)\mu_0 \tag{15} \]

biçiminde hasara bağlı hale getirir.

İlk varış zamanından yol hızına

Aktif kaynak \(S_i\) ile alıcı \(R_i\) arasındaki eşdeğer ortalama hız:

\[ V_{SR} = \frac{|R_i-S_i|}{\Delta t} \tag{17} \]

ile hesaplanır.

Burada \(|R_i-S_i|\) kaynak–alıcı uzaklığı, \(\Delta t\) ise P-dalgasının ilk varış süresidir. Aynı uzaklık için daha uzun varış süresi, daha düşük eşdeğer dalga hızına karşılık gelir.

Üç boyutlu hücrelerin doldurulması

Analiz alanı düzenli üç boyutlu hücrelere ayrılır. Çalışmada üç durum vardır:

1. Yalnız tek ışın tarafından geçilen hücreye doğrudan o ışının ortalama hızı atanır.
2. Birden fazla ışının geçtiği hücrede yol uzunluğu veya geçiş oranına dayalı ağırlıklı hız birleştirmesi yapılır.
3. Hiçbir ışının geçmediği “kör” hücrelerin hızı komşu hücrelerin mekânsal korelasyonundan tahmin edilir.

Kör hücre için temel ifade:

\[ V(c_0) = \sum_{k=1}^{n}\lambda_kV(c_k) \tag{18} \]

ve ağırlıkların:

\[ \sum_{k=1}^{n}\lambda_k=1 \]

koşulunu sağlaması gerekir. Bu yapı, sınırlı sensör sayısına rağmen bütün model hacmini kaplayan bir üç boyutlu hız alanı oluşturmayı amaçlar.

Düz ışın yaklaşımının sınırı

Kaynak, kaya matrisindeki heterojenliği süreklilik ortamı içinde yumuşak fiziksel değişkenlik olarak temsil ettiği için belirgin keskin empedans sınırlarının bulunmadığını ve kırılma/difraksiyon etkilerinin sınırlı kabul edildiğini belirtmektedir. Bu nedenle kaynak–alıcı arasındaki ışın yolları yaklaşık doğrusal olarak işlenmektedir.

Gerçek saha çatlak ağları daha karmaşık kırılma, yansıma ve saçılma davranışları oluşturabilir. Bu, modelin gerçek saha aktif-kaynak verileriyle gelecekte doğrulanmasının neden önemli olduğunun bir parçasıdır.

P-dalgası düşük hız bölgeleri neden sünme hasarıyla ilişkilidir?

Sünme hasarı mikroçatlakların büyümesi, birleşmesi ve elastik rijitliğin azalmasıyla kayanın yapısal bütünlüğünü zayıflatır; bu durum elastik dalgaların ilerlemesini yavaşlatır ve ilk varış sürelerini uzatır, dolayısıyla yüksek hasarlı alanlar üç boyutlu hız görüntüsünde genellikle düşük P-dalgası hızı anomalileri olarak görünür.

Hasar ile hız arasında kurulan zincir

Çalışmanın temel fiziksel zinciri şöyle özetlenebilir:

uzun süreli gerilme → sünme deformasyonu → mikrohasar birikimi → elastik modül azalması → dalga yayılımının yavaşlaması → ilk varış zamanının uzaması → üç boyutlu düşük-hız anomalisi.

Bu nedenle hız görüntüleme, hasarın kendisini doğrudan görmez; hasarın elastik ortam üzerinde oluşturduğu fiziksel cevabı görüntüler.

Varış zamanı her yerde tekdüze artmıyor

Kaynak, P-dalgası ilk varış zamanlarının bütün zaman aralığında mutlaka monoton artmadığını özellikle belirtmektedir. Yerel gerilme boşalması veya kaya yapısının yeniden düzenlenmesi, bazı çatlakların geçici olarak kapanmasına veya yeniden konumlanmasına neden olabilir.

Böyle bir yerel sıkışma dalga yolunu geçici olarak hızlandırabilir. Bu yüzden tek bir sensördeki anlık hız artışını “hasar iyileşti” biçiminde doğrudan yorumlamak doğru değildir; üç boyutlu ve zamansal örüntü birlikte değerlendirilmelidir.

Üç hasar evresi

Fay düzlemi hasar evrimini nasıl kontrol etti?

Yaklaşık 65° eğimli fay zayıflık düzlemi başlangıçta daha düşük yapısal bütünlüğe sahip bir mekanik zayıflık oluşturduğu için hasar fay–galeri tavanı kesişiminde yoğunlaşmış, daha sonra fay geometrisi boyunca ilerlemiş ve faydan geçen Y25 kesitinde P-dalgası hız kaybı faydan uzak Y15 ve Y35 kesitlerine göre daha büyük olmuştur.

Y15, Y25 ve Y35 kesitleri

Üç karakteristik kesitte galeri tavanının 1,5 m üzerinde X = 4–20 m boyunca izleme çizgileri tanımlanmıştır.

Y25'in daha düşük başlangıç hızı da fay bölgesindeki daha zayıf ilk yapısal bütünlükle uyumludur. Zaman ilerledikçe düşük-hız anomalisi yalnız büyümemiş, aynı zamanda daha bağlantılı hale gelmiştir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

COMSOL modeli

Kaya parametreleri

Kaynak tablo notu: Aynı Tablo 1'de, içsel sürtünme açısı sütununun hemen yanında ikinci kez “Internal Friction Angle” başlığı bulunan bir sütun yer almakta ve her iki satırda değer 3 olarak verilmektedir. İkinci başlığın birimi veya fiziksel tanımı kaynakta açık olmadığı için Verianla bu değeri başka bir parametre olarak yorumlamamaktadır.

İki aşamalı hesaplama

Sayısal çalışma iki ana aşamada gerçekleştirilmiştir.

Aşama 1 — Sünme hasarı: Uzun dönem yerinde gerilme altında çevre kayanın sünme ve hasar gelişimi çözülür.

Kaynak sekiz karakteristik zaman noktası kullanmaktadır:

1, 30, 60, 90, 120, 150, 180 ve 210 gün.

Aşama 2 — Aktif kaynak dalga görüntüleme: Bu zaman noktalarındaki hasar sonrası mekanik özellikler elastik dalga modeline aktarılır. Kaynaklar uyarılır, alıcıların ilk P-dalgası varış zamanları elde edilir ve üç boyutlu hız alanı yeniden oluşturulur.

Kaynak–sensör düzeni

Kaynak dalga biçimi

Kaynak uyarımı:

\[ P= P_0 \exp\left(-\gamma\frac{t}{t_0}\right) \sin\left( \frac{4\pi}{1+t_0/t} \right) \tag{19} \]

şeklinde tanımlanmıştır.

Kaynak parametreleri:

• \(P_0=1{,}4\times10^6\) N,
• \(\gamma=1{,}86\),
• \(t_0=8{,}1\times10^{-5}\) s.

Kaynaklar S1, S2, S3, S4, S5, S6 ve S7 sırasıyla çalıştırılmıştır.

P-dalgası ilk varış zamanları

S3 kaynağı üzerinden incelenen çok sayıda alıcı noktasında zaman ilerledikçe ilk varış süresinin genel olarak arttığı görülmüştür. Özellikle 7 numaralı izleme noktası en belirgin artışı göstermiştir.

Kaynağın yorumuna göre bu nokta, hasarın yoğunlaştığı, kırıkların daha iyi geliştiği ve gerilme yeniden dağılımının güçlü olduğu bir konuma karşılık gelmektedir.

Bununla birlikte lokal çatlak kapanmaları ve gerilme boşalmaları nedeniyle bazı zaman aralıklarında ilk varış süresi geçici olarak azalabilir. Bu nedenle gelişim tamamen monoton değildir.

1. gün hız alanı

İlk aşamada çevre kaya görece sağlamdır. Kaynak üç boyutlu hız alanının büyük bölümünde yaklaşık 4000–4500 m/s aralığını raporlamaktadır.

Buna rağmen kazı kaynaklı gerilme boşalması ve fay düzleminin ortak etkisiyle daha ilk günde fay bölgesinde ve fay–tavan kesişiminde yerel hız anomalileri ortaya çıkmaktadır.

30–90 günlük gelişim

Gerilme alanının yeniden düzenlenmesiyle hem fay bölgesindeki hem de galeri çevresindeki düşük-hız alanları daha derin çevre kayaya doğru ilerlemektedir.

Özellikle fay yakınındaki anomali parçalı yerel bölgelerden daha sürekli bant biçimine geçmektedir. Aynı dönemde hasar alanı da sığ bölgelerden derin çevre kayaya doğru ilerlemekte ve büyük zaman-bağımlı hasar bölgeleri oluşmaktadır.

90–210 günlük gelişim

Bu geç evrede hız düşüş hızı ilk döneme göre yavaşlasa da düşük-hız bölgelerinin kapladığı hacim ve birbirleriyle bağlantısı büyümeye devam etmektedir.

Hasar alanında ise çatlak ağı yerel kümelenmeden bölgesel bağlantıya geçmekte ve kaynak hasar büyümesini hızlanan bir evrim olarak tanımlamaktadır.

Fay çekirdeğinde belirgin doğrusal olmayan hız azalması oluşması, çevre kaya bozulmasının kritik bir aşamaya ilerlediğini gösteren temel sayısal işaretlerden biridir.

Hasar alanı ile hız alanının karşılaştırılması

Kaynak Şekil 9'daki hız alanı ile Şekil 11'deki hasar alanını aynı ortogonal kesitlerde karşılaştırmaktadır. Yüksek hasarlı bölgeler genel olarak düşük hızlı bölgelerle çakışmaktadır.

Uyum yalnız konum bakımından değil, yayılma yönü ve gelişim aşaması bakımından da görülmektedir. Özellikle fay düzlemi hem hasar alanının hem düşük-hız alanının geometrisini kontrol etmektedir.

Bu çalışma gerçek saha izleme sistemini doğruluyor mu?

Hayır. Çalışma gerçek bir derin galeri geometrisini ve saha hasar gözlemlerini kullanmasına rağmen 1–210 günlük P-dalgası hız alanı ve hasar evrimi COMSOL tabanlı sayısal modelden elde edilmiştir; mevcut saha doğrulaması yalnız tahmin edilen hassas bölgeler ile gözlenen yan duvar yakınsaması ve tavan göçmesinin konumsal uyumuna dayanır, uzun dönemli nicel aktif-kaynak saha verisi henüz bulunmamaktadır.

Saha gözlemi neyi doğruladı?

Kaynağın saha fotoğrafları ve üç boyutlu jeolojik rekonstrüksiyonu iki temel bozulma biçimi göstermektedir:

• yan duvar yakınsaması,
• tavan göçmesi.

Sayısal modeldeki yüksek hasar ve düşük-hız anomalileri de özellikle galeri tavanında, yan duvarlarda ve fay–galeri kesişiminde yoğunlaşmaktadır.

Bu konumsal uyum modelin mühendislik açısından makul olduğunu desteklemektedir; ancak saha sensörlerinden ölçülmüş hız değerleriyle birebir nicel hata analizi yapılmadığı için tam nicel doğrulama değildir.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• Üç boyutlu P-dalgası hız alanı, modeldeki sünme hasarının konum ve zaman evrimiyle güçlü bir mekânsal karşılık göstermektedir.
• Düşük-hız bölgeleri hasar birikimiyle birlikte genişlemekte ve zamanla birbirine bağlanmaktadır.
• Fay zayıflık düzlemi hasarın konumu ve ilerleme doğrultusunu belirgin biçimde kontrol etmektedir.
• Fayı kesen Y25 kesitinde hız kaybı faydan uzak kesitlere göre daha büyüktür.
• Model, yerel hasardan bölgesel hasar birleşmesine geçişi 210 günlük zaman aralığında görüntüleyebilmektedir.
• Sayısal hassas bölgeler saha gözlemlerindeki tavan göçmesi ve yan duvar yakınsaması konumlarıyla nitel olarak uyuşmaktadır.

Çalışmanın desteklemediği sonuçlar

• Gerçek galeride 210 gün boyunca aynı hız değerlerinin ölçüldüğünü göstermez.
• Önerilen sistemin saha erken uyarı doğruluğunu, yanlış alarm oranını veya tespit olasılığını nicel olarak doğrulamaz.
• Her kaya türü, her fay geometrisi veya her maden derinliği için aynı sonuçların geçerli olduğunu göstermez.
• Gerçek mezoskopik çatlak ağının tüm dalga kırılması, saçılması ve difraksiyon etkilerini çözdüğünü göstermez.
• Sınırlı kaynak–alıcı düzeninin yüksek çözünürlüklü saha tomografisi için yeterli olduğunu kanıtlamaz.
• Norton–Bailey ve Weibull parametrelerinin başka kaya kütlelerine kalibrasyonsuz aktarılabileceğini göstermez.

Temel sınırlılıklar

1. Makro-eşdeğer heterojenlik: Süreklilik modeli kaya heterojenliğini istatistiksel parametre değişimiyle temsil eder; tek tek mezoskopik çatlak geometrilerini doğrudan çözmez.
2. Dar gözlem açıklığı: Kaynak–alıcı yerleşimi üç boyutlu ters çözümün mekânsal çözünürlüğünü sınırlar.
3. Nicel saha doğrulaması yok: Uzun dönem aktif-kaynak saha kayıtları henüz mevcut değildir.
4. Düz ışın yaklaşımı: Karmaşık saha kırılma ve difraksiyon etkileri tam olarak temsil edilmez.
5. Parametre tekrar üretilebilirliği: Kaynak Norton–Bailey ve Weibull modellerinin bütün sayısal kalibrasyon katsayılarını ana metinde açık ve tek bir tabloda vermemektedir.
6. Tablo 1 başlık belirsizliği: İkinci “Internal Friction Angle” başlığının karşılığı açıklanmamıştır.

Gelecek araştırma yönü

Yazarlar heterojen kaya kütlesinde hasar–hız ilişkisinin daha nicel kurulması için doğrusal olmayan eşdeğer ortam teorisinin kullanılmasını önermektedir.

Ayrıca kaynak–alıcı yerleşiminin optimize edilmesi ve modelin gerçek saha aktif-kaynak izleme verileriyle doğrulanması planlanmaktadır. Bu iki geliştirme, ters çözüm çözünürlüğünün ve mühendislik uygulanabilirliğinin artırılması açısından temel sonraki adımdır.

Kaynak ve Yöntem Notu

Özgün başlık: Numerical Imaging Characterization of Three-Dimensional Velocity Fields for Creep Damage Evolution in Surrounding Rock of Deep Roadways

Yazarlar: Shichao Yang; Yongsheng Cao; Xulong Yao; Daixing Hu; Guangliang Yan; Yuwei Wang; Hao Zhou

Sorumlu yazar: Yongsheng Cao

Kurum 1: Mine Green Intelligent Mining Technology Innovation Center of Hebei Province, College of Mining Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan 063210, China

Kurum 2: College of Artificial Intelligence, North China University of Science and Technology, Tangshan 063210, China

Dergi: Applied Sciences

Yayınevi: MDPI

Yayın türü: Hakemli, açık erişim araştırma makalesi

Bibliyografik kayıt: Applied Sciences, 2026, 16(17), 8842

DOI: 10.3390/app16178842

Gönderim: 13 Temmuz 2026

Revizyon: 24 Ağustos 2026

Kabul: 3 Eylül 2026

Yayın: 5 Eylül 2026

Lisans: Creative Commons Attribution (CC BY).

Araştırma türü: Üç boyutlu sayısal geomekanik modelleme + elastik dalga ileri modelleme + P-dalgası hız alanı rekonstrüksiyonu + nitel saha hasar karşılaştırması.

Ana yazılım: COMSOL Multiphysics 6.3.

Ana mekanik model: Norton–Bailey sünme modeli + Weibull heterojenlik temsili + elastik hasar modeli.

Hasar ölçütleri: Maksimum çekme gerilmesi ve Mohr–Coulomb kriteri.

Hız görüntüleme yöntemi: Aktif kaynak P-dalgası ilk varış zamanı + hücre bazlı yol hızı + bölgesel mekânsal korelasyon.

Zaman noktaları: 1, 30, 60, 90, 120, 150, 180 ve 210 gün.

Kaynak–alıcı sistemi: 7 aktif kaynak, 24 izleme noktası ve dört ölçüm istasyonu.

Finansman: National Natural Science Foundation of China (52604121); Science and Technology Research Project of the Department of Education of Hebei Province (QN2025427); Natural Science Foundation of Hebei Province of China (E2025209181); Central Government Guided Local Science and Technology Development Fund (264Z4201G).

Kurumsal Etik Kurul: Uygulanabilir değil.

Bilgilendirilmiş onam: Uygulanabilir değil.

Veri erişilebilirliği: Verilerin yazarlardan talep üzerine alınabileceği belirtilmiştir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çıkar çatışması bildirmemiştir.

Yazar katkıları: Shichao Yang; kavramsallaştırma, metodoloji, doğrulama, araştırma, veri düzenleme, ilk taslak, görselleştirme ve proje yönetimi. Yongsheng Cao; kavramsallaştırma, metodoloji, formel analiz, araştırma, kaynaklar, veri düzenleme, fon edinimi, gözden geçirme/düzenleme ve gözetim. Xulong Yao; kavramsallaştırma, metodoloji, formel analiz, araştırma, kaynaklar, veri düzenleme, gözden geçirme/düzenleme ve gözetim. Daixing Hu; metodoloji, araştırma ve gözden geçirme/düzenleme. Guangliang Yan; metodoloji, yazılım ve doğrulama. Yuwei Wang; metodoloji ve gözden geçirme/düzenleme. Hao Zhou; metodoloji ve gözden geçirme/düzenleme.

Temel yorum sınırı: Üç boyutlu hasar ve hız evrimi simülasyondur. Saha verisi yalnız hasar biçimlerinin ve hassas konumların nitel karşılaştırmasını sağlar; uzun dönem nicel aktif-kaynak saha doğrulaması yoktur.

Parametre raporlama sınırı: Kaynak Norton–Bailey ve Weibull denklemlerindeki tüm kalibrasyon parametrelerinin sayısal değerlerini açık bir tam parametre seti halinde vermemektedir.

Tablo 1 raporlama notu: “Internal Friction Angle” başlığı iki sütunda tekrarlanmıştır; ikinci sütundaki 3 değerinin fiziksel adı kaynak içinde açık değildir.

Görsel yeniden çizim: Bütünleşik sünme–hasar–hız görüntüleme iş akışı, faylı galeri geometrisi, kaynak–sensör yerleşimi, 1–210 günlük düşük-hız bölgesi gelişimi ve Y15/Y25/Y35 hız karşılaştırması Verianla için özgün teknik şemalar halinde yeniden kurulabilir.

Verianla Live uygunluğu: Live Process, Live Figure, Live Line, Live Compare ve Live Equation için yüksek derecede uygundur. Kullanıcının malzeme, zaman veya kaynak parametresini değiştirerek kaynakta olmayan yeni sonuç hesaplaması uygun değildir.