Sıvılaşma potansiyeli ve sıvılaşmaya bağlı oturmaların nümerik analiz ile incelenmesi

Abstract

Yerkabuğu içindeki kırılmalar, volkanik faaliyetler ve toprak kaymaları gibi aniden ortaya çıkan titreşimler, deprem dalgaları oluşturarak yer hareketlerine sebep olmaktadır. Depremlere bağlı mühendislik yapılarında oluşabilecek hasarların ve stabilite kayıplarının azaltılarak önüne geçilebilmesi için bölgenin depremselliğinin araştırılması, deprem etkisi altındaki zeminin davranışının ve yapılara olan etkisinin incelenmesi gerekmektedir. Geçmişten günümüze gerçekleşen büyük etkili depremlere bağlı zeminde gerçekleşen sıvılaşmanın yapılar üzerindeki yadsınamaz etkileri görülmüş ve deprem davranışları üzerinde çeşitli araştırmalar yapılmıştır. Bu tez kapsamında sıvılaşma potansiyelinin irdelenmesi ve sıvılaşma neticesinde ortaya çıkabilecek deformasyonlar incelenmiştir. Bu çalışma kapsamında, geoteknik literatürde verilen deprem tanımı, deprem dalgalarının çeşitleri ve özellikleri, deprem şiddeti ve deprem büyüklüğü kavramlarının tanımları, yer hareketi parametreleri için önemli olan mevcut kavramlar, dalga yayılım davranışının tanımı, zeminin dinamik özelliklerinin tanımları ve elde edilmeleri için geoteknik literatürde verilen yaklaşık yöntemler yer almaktadır. Sıvılaşma ana başlığı altında sıvılaşmanın tanımı, sıvılaşma mekanizması için literatürde verilen açıklamalar, sıvılaşma türleri, sıvılaşmaya etki eden faktörler, sıvılaşma analiz yöntemleri, sıvılaşmanın zeminde meydana getirdiği etkiler ile ilgili mevcut bilgiler verilmektedir. Sonlu elemanlar yöntemleri ile birlikte sıvılaşma davranışının modellenmesi için kullanılan Mohr Coulomb (MC), Hardening Soil (HS), küçük şekil değiştirmeler ile pekleşen zemin (HSSmall) ve PM4SAND malzeme modellerinin tanımları, çalışma biçimleri, girdi parametrelerinin çeşitlilikleri de bu çalışma özelinde yer almaktadır. Ek olarak sahaya özel bir sıvılaşma değerlendirmesi sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak PM4SAND zemin modeli ile gerçekleştirilmiş, gerekli tüm doğrulama, modelleme ve geoteknik hesap prosedürleri detaylandırılarak açıklanmıştır. Değişiklik gösterecek girdiler belirlenmiş ve nümerik çalışmalar ile sonuçlarda meydana gelen farklılıklar irdelenmiş ve yorumlanmıştır. Bu tez kapsamında yapılan çalışmalar ve literatürde yer alan incelemeler göz önünde bulundurularak, PM4SAND zemin modelinin birinclil parametrelerinden biri olan büzülme oranı (hp0) doğrulamasının hatalara sebebiyet verebilecek derecede hassas olduğu anlaşılmaktadır. Ek olarak sıvılaşmaya etki eden faktörlerden biri olan yapı yüklerinin değişimi dolayısıyla zeminde kayma direncinde meydana gelen farklılıklar incelenerek özellikle sıkışabilir tabakalar arasında kalan sıvılaşabilir tabakaların sıvılaşma potansiyelinin yapı yükü ve temel boyutu ile önemli ölçüde değiştiği görülmektedir. Üst yapı gerilmesinin etki alanı dışındaki sıvılaşma potansiyeli serbest saha analizleri ile benzerdir. Bu doğrultuda yapı yüklerinin sıvılaşmaya olumlu katkılarının sadece etki alanları çerçevesinde olduğu görülmektedir. Yapılan nümerik analizlerde, zemin modellerinde ara kum bantlarının kullanılması durumunda kum tabakalarının sıvılaşma potansiyelinin daha düşük olduğu fark edilmiştir. Ek olarak gerçekleştirilen dinamik analizler neticesinde deprem sonrası görülen düşey deplasman değerlerinin sıvılaşan kum tabakasının kalınlığı ile doğru orantılı olduğu ve sıvılaşma potansiyelinin artışı ile birlikte yükselebileceği doğrulanmıştır.