Harşena Dağı Civarında Kaya Düşmeleri ve Süreksizlik Denetimli Yamaçların Kinematik Analizi

Abstract

Amasya ili, Merkez ilçesi, Hatuniye, Helkız ve Kurşunlu Mahallelerinin bir kısmı kaya düşmesi riski altındadır. Bu Mahalleler, Harşena Dağı’nın eteklerinde kurulmuştur. Harşena Dağı’nı oluşturan kireçtaşlarındaki süreksizliklerin mühendislik özellikleri, kireçtaşlarının ayrışma durumu ve mevcut topografik konumu, ortamda kaya düşmeleri ve yamaç duraysızlıklarını artırmaktadır. Bu duraysızlıkların araştırılması amacıyla, Harşena Dağı eteklerindeki meskun alanlar, demiryolu güzergahı ve tarihi sit alanları için süreksizlik-denetimli kinematik analizler yardımıyla duraylılık değerlendirmeleri yapılmış; ayrıca kaya düşmesi tehlikesi görülen yamaçlarda 3 boyutlu kaya düşmesi analizleri gerçekleştirilmiştir. Kaya düşmesi analizlerinde, LiDAR teknolojisi ve nokta bulutu tekniği kullanılarak sahanın üç-boyutlu sayısal haritası çıkarılmıştır. Sahada tespit edilen düşmesi muhtemel kaya bloklarının konum ve hacimleri bu sayısal harita üzerine işlenmiştir. Yamaç duraylılığı analizlerinde, kaya kütlesinde çeşitli gerilme mekanizmalarına bağlı olarak gelişen süreksizlik düzlemlerinin eğim ve eğim yönleri kullanılarak stereografik projeksiyon metodundan yararlanılmış ve yamaçların duraylılık koşulları incelenmiştir. Analizler sonucunda Hatuniye ve Helkız Mahallerinin sınırları içerisinde kalan meskun alanlarda, demiryolu güzergahında ve tarihi yapıların bulunduğu lokasyonlarda kaya düşmesi ve yamaç duraysızlığı riskleri belirlenmiştir.

Keywords

• Kaya Düşmesi
• Kinematik Analiz
• Stereografik Projeksiyon
• Süreksizlik

Rockfalls and Kinematic Analysis of Discontinuity-Controlled Slopes in the Vicinity of Mount Harşena

Abstract

Certain parts of the Hatuniye, Helkız, and Kurşunlu Quarters, in the central district of Amasya province are at risk of rockfall hazards. These quarters are situated at the foothills of Mount Harşena. The engineering properties of discontinuities within the limestone forming Mount Harşena, the degree of weathering of the limestone, and the prevailing topographic conditions contribute to the occurrence of rockfalls and slope instabilities in the area. To investigate these instabilities, stability assessments were conducted for residential areas, the railway route, and historical sites along the lower slopes of Mount Harşena using discontinuity-controlled kinematic analyses; additionally, three-dimensional rockfall analyses were performed on slopes identified as potentially hazardous. For the rockfall analyses, a three-dimensional digital terrain model of the site was generated using LiDAR technology and point cloud techniques. The locations and volumes of potentially unstable rock blocks identified in the field were mapped onto this digital model. In the slope stability assessments, stereographic projection methods were employed to examine the stability conditions of the slopes by analyzing the dip and dip direction of discontinuity planes formed in the rock mass due to various stress mechanisms. Based on the analyses, rockfall and slope instability risks were identified in the residential areas within the boundaries of Hatuniye and Helkız Quarters, along the railway route, and in locations containing historical structures.

Keywords

• Rockfall
• Kinematic Analysis
• Stereographic Projection
• Discontinuity

References

1. Ağca, M., Gültekin, N. Y., & Kaya, E. (2020). İnsansız hava aracından elde edilen veriler ile kaya düşme potansiyelinin değerlendirilmesi: Adam Kayalar örneği, Mersin. Geomatik Dergisi, 5(2), 134–145.
2. Akın, M., Dinçer, İ., & Orhan, A. (2020). Kaya düşmelerinden kaynaklı afetlerin değerlendirilmesine yönelik teknik kılavuz (1. baskı). T.C. İçişleri Bakanlığı Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı.
3. Akın, M., Dinçer, İ., Orhan, A., Ok, A. Ö., Akın, M. K., & Topal, T. (2019). Kaya tutma hendek performansının 3-boyutlu kaya düşme analizleriyle değerlendirilmesi: Akköy (Ürgüp) örneği. Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 43(2), 211–232.
4. Alemdağ, S., Gürocak, Z., & Oktay, C. Ö. (2015). Bağlarbaşı-Tekke (Gümüşhane) karayolundaki kaya şevlerinin kinematik ve limit denge yöntemleri ile değerlendirilmesi. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 1(1–2), 1–10.
5. Alemdag, S., Bostanci, H. T., & Gacener, E. (2022a). GIS-based determination of potential instabilities and source rock areas on the Torul-Kürtün (Gümüşhane) motorway, rockfall, and protection structure analyses. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 81(1), Article 30. https://doi.org/10.1007/s10064-021-02498-7
6. Alemdağ, S., Kara, R. T., & Bostancı, H. T. (2022b). Evaluation of potential rock falls with three-dimensional analysis: Example of Oltanbey and Hasanbey districts (Gümüşhane city center). Bulletin of the Mineral Research and Exploration, 169, 87–104.
7. Alizadeh, E. (2021). Altındere Vadisi (Maçka-Trabzon) boyunca gözlenen kaya şevlerindeki kaya düşme potansiyelinin çevresel etkilerinin 2 ve 3 boyutlu benzetim modeller ile incelenmesi [Doktora tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
8. Alp, D. (1972). Amasya yöresinin jeolojisi. İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi Monografileri, 22.

9. Ateş, Ş., Üstün, A. B., Osmançelebioğlu, R., Mutlu, G., Erkal, T., Özerk, O. C., Gülmez, F. K., & Çiçek, İ. (2006). Amasya ili ve (il-ilçe merkezleri) kentsel gelişme alanlarının yerbilim verileri (MTA Raporu No. 10893). Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü.
10. Bowa, V. M., & Kasanda, T. (2020). Wedge failure analyses of the jointed rock slope influenced by foliations. Geotechnical and Geological Engineering, 38(5), 4701–4710.
11. Bulut, F. (2022). Uçhisar Kalesi (Nevşehir) çevresini etkileyebilecek kaya düşmelerinin 2 ve 3-boyutlu analizlerle değerlendirilmesi [Yüksek lisans tezi, Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
12. Dorren, L. K. A. (2003). A review of rock fall mechanics and modelling approaches. Progress in Physical Geography: Earth and Environment, 27(1), 69–87.
13. Durmuş, E., Coruk, Ö., & Karakaş, A. (2025). Kaya düşmeleri risklerine karşı esnek kaya bariyerlerinde enerji kapasitesi tayini ve uygun yer seçim kriterleri. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 11(1), 135–156.
14. Düzgün, H. Ş., Akgün, A., & Gheibie, S. (2012). Kaya düşmeleri ve kaya şev kaymaları için risk analizine dayalı mühendislik çözümlerinin değerlendirilmesi (Proje No. 110M796). Orta Doğu Teknik Üniversitesi.
15. Erkek, Ş. (2023). Bozca Köyü’nde (Avanos-Nevşehir) 3 boyutlu kaya düşmesi tehlike değerlendirmesi [Yüksek lisans tezi, Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
16. Evans, S., & Hungr, O. (1993). The assessment of rockfall hazard at the base of talus slopes. Canadian Geotechnical Journal, 30(4), 620–636.
17. Gigli, G., Lombardi, L., Carlà, T., Beni, T., & Casagli, N. (2022). A method for full three-dimensional kinematic analysis of steep rock walls based on high-resolution point cloud data. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 157, Article 105178. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2022.105178
18. Goodman, R. E. (1989). Introduction to rock mechanics (2nd ed.). John Wiley & Sons.
19. Hoek, E. (2007). Practical rock engineering (1st ed.). Rocscience.
20. Hoek, E., & Bray, J. W. (1977). Rock slope engineering (2nd ed.). The Institution of Mining and Metallurgy.
21. Hoek, E., Bray, J. W., & Boyd, J. M. (1973). The stability of a rock slope containing a wedge resting on two intersecting discontinuities. Quarterly Journal of Engineering Geology, 6(1), 1–55.
22. Keskin, İ. (2017). Tarihi Safranbolu’yu çevreleyen kaya şevlerindeki duraysızlık problemlerinin kinematik analizlerle değerlendirilmesi. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21(5), 769–781.
23. Kumsar, H., Aydan, Ö., & Ulusay, R. (2000). Dynamic and static stability assessment of rock slopes against wedge failures. Rock Mechanics and Rock Engineering, 33(1), 31–51.
24. Lim, S. S., & Yang, H. S. (2004). An analysis of plane failure of rock slopes by quantified stereographic projection. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41(3), 744–749.
25. Lisle, R. J., & Leyshon, P. R. (2004). Stereographic projection techniques for geologists and civil engineers (2nd ed.). Cambridge University Press.
26. Mammoliti, E., Di Stefano, F., Fronzi, D., Mancini, A., Malinverni, E. S., & Tazioli, A. (2022). A machine learning approach to extract rock mass discontinuity orientation and spacing from laser scanner point clouds. Remote Sensing, 14(10), Article 2365. https://doi.org/10.3390/rs14102365
27. Özcan, N. T. (2023). İskilip (Çorum) civarının kaya düşmesi potansiyelinin değerlendirilmesi. Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, 15(1), 219–232.
28. Raghuvanshi, T. K. (2019). Plane failure in rock slopes: A review on stability analysis techniques. Journal of King Saud University - Science, 31(1), 101–109.
29. Rahman, A.U, Zhang, G., AlQahtani, S.A., Janjuhah, H.T., Hussain, I., Rehman, H.U., Shah, L.A. (2023). Geotechnical Assestment of Rock Slope Stability Using Kinematik and Limit Equilibrium Analysis for Safety Evulation. Water, 15, Article 1924. https://doi.org/10.3390/w15101924.
30. Rocscience Inc. (2025). Dips (Version 8.0) [Computer software]. https://www.rocscience.com/portal/free-trials
31. Rocscience Inc. (2025). RocFall3D [Computer software]. https://www.rocscience.com/portal/free-trials
32. San, N. E., Topal, T., & Akın, M. K. (2020). Rockfall hazard assessment around Ankara Citadel (Turkey) using rockfall analyses and hazard rating system. Geotechnical and Geological Engineering, 38(1), 3831–3851.
33. Taga, H., & Zorlu, K. (2017). Assessment of rockfall hazard on steep slopes: Ermenek (Karaman, Turkey). Hacettepe Üniversitesi Yerbilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi Bülteni, 38(2), 161–178.
34. Tiruneh, H. W., Stetler, L. D., Oberling, Z. A., Morrison, D. R., Connolly, J. L., & Ryan, T. M. (2013, June 23–26). Discontinuity mapping using ground-based LiDAR: Case study from an open pit mine [Conference presentation]. 47th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, San Francisco, CA, United States.
35. Ulusay, R., & Sönmez, H. (2007). Kaya kütlelerinin mühendislik özellikleri (2. baskı). TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları.
36. Utlu, M., Öztürk, M. Z., Şimşek, M., & Akgümüş, M. F. (2023). Evaluation of rockfall hazard based on UAV technology and 3D rockfall simulations. International Journal of Environment and Geoinformatics, 10(4), 1–16.
37. Uzun, A., Aylar, F., Zeybek, H. İ., & Alemdağ, S. (2023). Tor topography in Giresun mountains, Türkiye. Journal of Mountain Science, 20(11), 3121–3137.
38. Varol, O. O., Akın, M., Orhan, A., & Dinçer, İ. (2023). Kaya düşmelerinin 3-boyutlu olasılıksal analizlerle ve ampirik yöntemlerle değerlendirilmesi: Kayseri-Soğanlı yerleşim yeri örneği. Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 47(1), 1–28.
39. Veliu, D., Živaljević, S., & Mijajlović, G. (2024, March 5–9). Deterministic approach of stability analysis for rock wedge failure [Conference presentation]. 9th International Conference Civil Engineering-Science and Practice, Kolašin, Montenegro.
40. Wang, I. T., & Lee, Y. C. (2012). Simulation and statistical analysis of motion behavior of a single rock fall. International Journal of Geotechnical and Geological Engineering, 6(1), 17–26.
41. Whittaker, E. J. W. (1984). The stereographic projection (1st ed-2001 Electronic edition.). University College Cardiff Press.
42. Wyllie, D. C. (2015). Rock fall engineering (1st ed.). CRC Press.
43. Wyllie, D. C. (2017). Rock slope engineering: Civil applications (5th ed.). CRC Press.
44. Yang, X., Hu, J., Sun, H., & Zheng, J. (2024). An approach for determination of lateral limit angle in kinematic planar sliding analysis for rock slopes. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 16(4), 1305–1314.
45. Zanbak, C. (1973). Kaya şevlerinin stabilitesi ve stereografik izdüşüm yöntemi ile stabilite analizi. Bilimsel Madencilik Dergisi, 12(3), 1–12.
46. Zanbak, C. (1979). Kaya şevlerinde devrilme türündeki bozulmaların mekaniği ve deneysel irdelenmesi. Bilimsel Madencilik Dergisi, 18(1), 28–39.