Preliminary Evaluation of Blockiness Characteristics in Obsidian Rock Masses: A Case Study from Eastern Anatolia

Abstract

This study presents a preliminary assessment of the blockiness characteristics and potential rockfall behavior of an obsidian rock slope located along the Sarıkamış–Karakurt road in Eastern Anatolia. Field observations and scaled photograph analysis were used to estimate the approximate dimensions of rock blocks exposed on the slope. Using a 30 cm reference object placed in the field, the sizes of fallen blocks accumulated at the slope toe were measured and analyzed. The results show that block lengths vary between 52.9 cm and 192.7 cm, indicating a wide distribution of block sizes. Most blocks exceed 70 cm, and several are larger than 1 m, suggesting the presence of relatively large fractured obsidian fragments within the slope. The slope height is approximately 7–8 m and the slope face are characterized by a steep geometry. Considering the brittle nature of obsidian and the observed discontinuity patterns within the rock mass, rockfall is interpreted as the dominant instability mechanism in the study area. The accumulation of detached blocks at the slope toe further supports the occurrence of previous rockfall events. The findings highlight the role of block size distribution and slope geometry in controlling rockfall processes in obsidian rock masses. The study demonstrates that field observations combined with simple photographic analysis can provide useful preliminary insights into potential rockfall hazards in steep volcanic rock slopes.

Keywords

• Rockfall
• Obsidian rock mass
• Blockiness
• Rock slope instability

Obsidyen Kaya Kütlelerinde Bloklanma Özelliklerinin Ön Değerlendirilmesi: Doğu Anadolu’dan Bir Örnek Çalışma

Abstract

Bu çalışma, Doğu Anadolu’da Sarıkamış–Karakurt karayolu boyunca yer alan bir obsidiyen kaya yamacının bloklanma özellikleri ve potansiyel kaya düşmesi davranışının ön değerlendirmesini sunmaktadır. Arazi gözlemleri ve ölçeklendirilmiş fotoğraf analizleri kullanılarak yamaç üzerinde gözlenen kaya bloklarının yaklaşık boyutları belirlenmiştir. Arazide yerleştirilen 30 cm yüksekliğindeki referans bir nesne kullanılarak yamaç eteğinde birikmiş düşmüş blokların boyutları ölçülmüş ve değerlendirilmiştir. Sonuçlar, blok uzunluklarının 52.9 cm ile 192.7 cm arasında değiştiğini ve blok boyutlarının geniş bir dağılım gösterdiğini ortaya koymaktadır. Blokların büyük bir kısmı 70 cm’den büyük, bazıları ise 1 m’den daha büyük olup, bu durum yamacın nispeten büyük kırıklı obsidiyen blokları içerdiğini göstermektedir. Çalışma alanındaki yamaç yüksekliği yaklaşık 7–8 m olup, yamaç yüzeyi dik bir geometri sergilemektedir. Obsidiyenin kırılgan yapısı ve kaya kütlesi içerisinde gözlenen süreksizlik sistemleri dikkate alındığında, çalışma alanındaki baskın duraysızlık mekanizmasının kaya düşmesi olduğu değerlendirilmektedir. Yamaç eteğinde biriken blokların varlığı da geçmişte kaya düşmesi olaylarının meydana geldiğini göstermektedir. Elde edilen bulgular, obsidiyen kaya kütlelerinde kaya düşmesi süreçlerinin kontrolünde blok boyutu dağılımı ve yamaç geometrisinin önemli rol oynadığını ortaya koymaktadır. Bu çalışma, arazi gözlemleri ile basit fotoğraf analizlerinin birlikte kullanılmasının dik volkanik kaya yamaçlarında potansiyel kaya düşmesi tehlikelerinin ön değerlendirilmesi açısından faydalı bilgiler sağlayabileceğini göstermektedir.

Keywords

• Kaya düşmesi
• Obsidyen kaya kütlesi
• Bloklanma
• Kaya yamacı duraysızlığı

References

1. [1] A.R. Roul, SP. Pradhan, K. Tulsawadekar, V.A. Vishal, Python-based optimization method to define the trajectory of rockfalls: a case study of Malshej Ghat, India. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 82(11), 421, 2023.
2. [2] I. Rusydy, I. Canbulat, C. Zhang, C. Wei, A. McQuillan, The development and implementation of design flowchart for probabilistic rock slope stability assessments: a review. Geoenvironmental Disasters, 11(1), 28, 2024.
3. [3] K. Ma, G. Liu, Three-dimensional discontinuous deformation analysis of failure mechanisms and movement characteristics of slope rockfalls. Rock Mechanics and Rock Engineering, 55(1), 275-296, 2022.
4. [4] H.T. Atmojo, A.P. Martireni, K. Sugianti, A.R. Ekasara, S. Susilowati, D. Radityo, T. Arrisaldi, Rock mass classification and block volume distribution using the RMi method: Masigit Cliff rockfall mitigation case study. Geotechnical and Geological Engineering, 43(8), 412, 2025.
5. [5] A. Erdağ, Slope stability evaluation of basement excavation: a case study. Duzce University Journal of Science and Technology, 9(5), 1936-1948, 2021.
6. [6] Ö.K. Pınar., A. Erdağ, Demirci, H. Landslide Stability Based on A Limit Equilibrium Analysis: A Case Study. Acta Geotechnica Slovenica, 19(1), 2022.
7. [7] Silveira, L. R. C., Lana, M. S., & dos Santos, T. B. A quantitative rockfall risk analysis system for highway rock slopes. Geotechnical and Geological Engineering, 42(2), 1131-1152, 2024.
8. [8] Akin, M., Dinçer, İ., Orhan, A., & Varol, O. A comparative study on rockfall block motion characteristics using 3-D and 2-D rockfall simulations: a case study from Cappadocia (Mazı, Türkiye). Natural Hazards, 121(2), 2265-2291, 2025.

9. [9] Bourgeois, J., Warren, S., & Armstrong, J. Utilization of statistical analysis to identify influential slope parameters associated with rockfall at open pit mines. Mining, metallurgy & exploration, 40(4), 1101-1112, 2023.
10. [10] Pantelidis, L. Rock slope stability assessment through rock mass classification systems. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 46(2), 315-325, 2009.
11. [11] Jaiswal, A., Verma, A. K., & Singh, T. N. A novel proposed classification system for rock slope stability assessment. Scientific Reports, 14(1), 10992, 2024.
12. [12] Kumar, A., Pradhan, S. P., Singh, S., & Tripathi, K. Stability analysis for rock slope using finite element modeling near Darekasa railway station: a case study. Journal of Intelligent Construction, 2(1), 1-8, 2024.
13. [13] Kumar, P., Thakur, M., & Singh, T. N. Slope stability analysis of road cut slopes along NH-58 in Alaknanda Valley from Dhari Devi to Rudraprayag, Uttarakhand, India. Journal of Earth System Science, 131(2), 82, 2022.
14. [14] Bekele, A., & Meten, M. Modeling rock slope stability using kinematic, limit equilibrium and finite-element methods along Mertule Maryam–Mekane Selam road, central Ethiopia. Modeling Earth Systems and Environment, 9(2), 1559-1585, 2023.
15. [15] Dahiya, N., Pandit, K., Sarkar, S., & Pain, A. Various aspects of rockfall hazards along the mountain roads in India: A systematic review. Indian Geotechnical Journal, 55(3), 2007-2029, 2025.
16. [16] Z.M. Ji, T.L. Chen, F. Wu, Z. Li, Q.H. Niu, K.Y. Wang, Assessment and prevention on the potential rockfall hazard of high-steep rock slope: a case study of Zhongyuntai mountain in Lianyungang, China. Natural Hazards, 115(3), 2117-2139, 2023.
17. [17] L. Zheng, Y. Wu, Z. Zhu, K. Ren, Q. Wei, W. Wu, H. Zhang, Investigating the role of earthquakes on the stability of dangerous rock masses and rockfall dynamics. Frontiers in Earth Science, 9, 824889, 2022.
18. [18] Z. Arbanas, D. Udovič, S. Mihalić Arbanas, Rockfall analyses and rockfall protection at the Raspadalica Rockfall, Croatia. In Proc of the 20th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (pp. 2349-2354). Sydney: Australian Geomechanics Society, 2022.
19. [19] A. Bekele, M. Meten, Modeling rock slope stability using kinematic, limit equilibrium and finite-element methods along Mertule Maryam–Mekane Selam road, central Ethiopia. Modeling Earth Systems and Environment, 9(2), 1559-1585, 2023.
20. [20] A.M. Macías Macías, D.K. Vera Quiroz, Stability assessment of rock slopes combining slope mass rating and qslope classification systems: a case study in cerro San Eduardo (Guayaquil, Ecuador), 2020.
21. [21] O. Mavrouli, J. Corominas, J. Wartman, Methodology to evaluate rock slope stability under seismic conditions at Sola de Santa Coloma, Andorra. Natural Hazards and Earth System Sciences, 9(6), 1763-1773, 2009.
22. [22] A. Kamanlı, Sarıkamış Perlitlerinin Detay Etüt Raporu, MTA Rapor No: 5928, 1977.
23. [23] A. Çolak, H. Aygün, Sarıkamış (Kars) civarı obsidiyenleri bilgi notu. MTA Maden Etüt ve Arama Dairesi Başkanlığı, SERKA Raporu. Kars, Türkiye, 2011.
24. [24] M. Demir, Sarıkamış Obsidiyen Kaynakları ve Değerlendirilmesi. Kafkas Universitesi. Sosyal Bilimler Enstitü, (19), 119-139, 2017.
25. [25] Z. Doygun, B. Semiz, Y. Özpınar, Keklikderesi (Sarıkamış-Kars) civarının jeolojik ve petrografik incelenmesi, 61. Türkiye Jeoloji Kurultayı Bildiri Özleri, Ankara, 251-253, 2008.
26. [26] R. Mahatsente, G. Önal, I. Çemen, Lithospheric structure and the isostatic state of Eastern Anatolia: Insight from gravity data modelling. Lithosphere, 10(2), 279-290, 2018.
27. [27] M. Villeneuve, M.J. Heap, Calculating the cohesion and internal friction angle of volcanic rocks and rock masses. Volcanica, 4(2), 279–293. https://doi.org/10.30909/vol.04.02.279293, 2021.
28. [28] E. Hoek, C. Carranza-Torres, B. Corkum, Hoek–Brown failure criterion—2002 edition. Proceedings of the NARMS-TAC Conference, Toronto, Canada, 267–273, 2002.
29. [29] Google. Google Earth (Version 7.3). Google. https://earth.google.com, 2024.
30. [30] C.A. Schneider, W.S. Rasband, K.W. Eliceiri, NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature Methods, 9(7), 671–675. https://doi.org/10.1038/nmeth.2089, 2012.