Donma-çözülmenin etkin olduğu yüksek rakımlı bölgelerde soliflüksiyon türü toprak akmalarının incelenmesi
The investigation of solifluction in high altitude area that freeze-thaw is active
Yazar: BERTAN BAŞ
Danışman: DOÇ. DR. ADİL BİNAL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Mühendislik jeolojisi = Engineering geology

Özet:
Son yıllarda Türkiye'nin doğu illeri kış aylarında daha fazla kar yağışı almaya başlamış ve sıfırın altında geçen gün sayısı artmıştır. Bunun doğal bir sonucu olarak toprak don derinliği her geçen yıl giderek artmaktadır. Özellikle, Erzurum, Erciyes ve Artvin illerinde don penetrasyon derinliği yaklaşık 1.5 metreye ulaşmış ve geçmiştir. Yeraltı su seviyesinin yeryüzüne yakın olduğu ovalık alanlarda don etkisi toprağın daha derin kısımlarına kadar ulaşabilmektedir. Bunun sonucu olarak ovalık alanlarda kurulan yerleşim yerlerinde özellikle sığ temellere sahip üstyapılarda (Karayolu, demiryolu, havaalanı vb.) ve alt yapılarda (Kanalizasyon, su şebekesi vb.) önemli hasarlar meydana gelebilmektedir. Kış aylarında donan toprak zemin, ilkbahar aylarına doğru erimekte ve donma-çözülme etkisiyle toprak yapısında meydana gelen değişiklikler toprağın fiziko-mekanik özelliklerinde de değişikliklere neden olmaktadır. Toprağın üst kısmında don etkisiyle hacimsel artışlar meydana gelmekte ve toprak gözenekli bir yapı kazanmaktadır. İlkbahar aylarında toprağın gözeneklerindeki donmuş suyun erimesi sonucu toprağın aşırı doygun hale gelmesine bağlı olarak efektif gerilim düşmekte, toprak çok yüksek oranda dayanım kaybetmekte ve sıvı davranışa yakın bir davranış göstermesiyle birlikte toprak kaymaları görülebilmektedir. 
Tez çalışması kapsamında, yüksek rakımlarda donmuş toprakların erimesi sonucu aşırı doygunluğa ulaşan yamaç ve şevlerde görülen soliflüksiyon tipi toprak akmaları, saha çalışmaları ve laboratuvar çalışmaları olarak iki ayrı başlıkta incelenmiştir.
Saha çalışmalarında; Erzurum, Erciyes, Ilgaz ve Artvin illeri çevresinde yüksek rakımlarda oluşan toprak akmaları yerinde incelenmiş, insansız hava aracı yardımıyla (Drone) çekilen fotoğraflarla, photoscan ve surfer yazılımı kullanılarak çalışma alanlarının ortofotoları ve sayısal yükseklik modelleri oluşturulmuştur. Bu sayede arazi koşullarında gözlenen duraysızlıkları bilgisayar ortamında modellenerek toprak akmalarının mekanizmaları hakkında şematik bilgiler elde edilmiştir.
Laboratuvar çalışmaları kapsamında çalışma bölgelerinden getirilen toprak örnekleri üzerinde yapılan deneylerle indeks ve mekanik özellikleri belirlenmiş, donma-çözülme etkisiyle meydana gelen toprak hareketlerini laboratuvar ortamında modellemek için yeni bir cihaz tasarlanmıştır (Toprak kayması inceleme cihazı). Özel olarak hazırlanmış örnekler,  geliştirilen yeni cihazda farklı eğim değerlerinde deneylere tabi tutularak yaşanacak olası toprak kaymaları sürekli olarak gözetim altında tutulmuştur. Toprak kayma deney öncesinde ve sonrasında örneklerin fotoğrafları çekilerek,  Photoscan ve Surfer yazılımları yardımıyla deneye tabi tutulan örneklerin ortofotoları ve sayısal yükseklik modelleri oluşturulmuştur. Oluşturulan sayısal yükseklik modelleri ve araziden getirilen numuneler üzerinde gerçekleştirilen deneyler sonucunda, düşük eğimli yamaçlarda donma-çözülme sonucunda görülen toprak kaymalarının mekanizmaları incelenmiştir. ArcGIS yazılımı kullanılarak tane boyuna bağlı olarak zemin hareketleri hakkında yorumlamalar yapılmıştır.

Abstract:
In the last years, the eastern parts of Turkey have begun to receive more snowfall in the winter and the number of days under 00C has increased. As a natural consequence of this, soil frost depth is increasing every year. Especially in Erzurum, Erciyes and Artvin, the depth of frost penetration reached and passed about 1.5 meters. In plains where the groundwater level is close to the earth, frost effect can reach deeper parts of the soil. As a result of this, significant damage can occurs in the settlements built on the plains, particularly in superstructures with shallow grounds (roads, railways, airports, etc.) and in lower structures (sewerage, water network etc.). Frozen soil in the winter, starts melting at the spring then physico-mechanical properties of soil changes because of freeze-thaw effect. At the top side of the soil, there is a volumetric increase with frost and the soil acquires a porous structure. The effective stress falls due to oversaturated soil which is result of melting  frozen water in the pores of the soil, the soil loses too much strength and landslides can be seen with the movement that is close to liquid behavior
In the scope of the thesis study, soil flows in slopes which are  reaching to extreme saturation after the melting of frozen soils at high altitude areas have been investigated in two separate titles which are field studies and laboratory studies.
In field studies; The soil flows which can be seen at high altitude area such as nearest to Erzurum, Erciyes, Ilgaz and Artvin were investigated in field conditions. Also, with the Photographs which were taken by unmanned aerial vehicle (drone),  photoscan and surfer softwares were used to create orthophotos and digital elevation models of the study areas. In this view, observed instabilities (soil flows, creeps etc.)  in the field conditions were modelled and schematic information about the mechanisms of the soil flows were able to obtained.
Index and mechanical properties were determined by experiments on soil samples taken from study areas. Also, a new device was designed for modelling soil movements which are results of freezing-thawing effect in the laboratory environment. The specially prepared specimens were subjected to experiments at different slope values in the new developed device, and the potential soil slides were constantly monitored. The photographs of specimens were taken before and after the soil slide experiment. Then,  orthophotos of test sample and digital elevation models of test sample were created with using Photoscan and Surfer softwares. As a result of the created numerical elevation models and the experiments on the samples which are taken from the field, the mechanisms of soil slides which can be seen at low slope conditions and results of freezing-thaw effect were investigated. Also, ArcGIS software was used to interpret the ground movements depending on grain size.