Görüntü işleme teknikleri kullanarak farklı türde zeminlerin mikroyapısal özelliklerinin belirlenmesi
Determination of microstructural properties of different types of soils by image processing techniques
Yazar: ALPER SEZER
Danışman: DR. AHMET BURAK GÖKTEPE ; YRD. DOÇ. DR. SELİM ALTUN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Zemin = Soil ; Zemin deformasyonu = Soil deformation ; Zemin direnci = Soil resistance ; Zemin yapısı = Soil structure

Özet:
Bu çalışmada, görüntü analiz teknikleri kullanılarak granüler zeminlerin mikroyapısal özellikleri belirlenmiştir. Bu özellikler, farklı granülometri ve orijindeki granüler zeminlerde gerek şekil faktörleri gerekse zeminlerin fraktal boyutları yardımı ile ortaya konmuştur. Ayrıca, aynı zeminler üzerinde yapılan dayanım, permeabilite, en büyük-en küçük boşluk oranları ve kompaksiyon deneyleri ile zeminin bazı mekanik ve indeks özellikleri belirlenmiştir. Mikroyapısal inceleme ile elde edilen parametrelerin bu özelliklere etkisi parametrik ve istatistiksel yaklaşımlarla değerlendirilmiştir.Çalışmanın birinci bölümü amaç ve kapsamı, ikinci bölümü dane şeklinin zemin özelliklerine etkisinin değerlendirilmesi ile ilgili literatürde yer alan gelişmeleri içerir-ken, üçüncü bölümde kullanılan zeminlerin özellikleri ele alınmıştır. Dördüncü bölüm-de, dane şekli ile ilgili parametreler açıklanarak, görüntü analizi, dane görüntüleri üze-rinde yapılan dijital ölçümler ve fraktal analiz hakkında bilgi verilmiştir. Beşinci bö-lümde, zeminlerin bazı indeks özellikleri ile dane şekli arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. Bu kapsamda, kum ve çakılların en büyük ve en küçük boşluk oranlarına dört farklı şekil parametresinin etkisi tartışılmış, dane şeklinin izafi sıkılığa etkisi istatistiksel bir yaklaşımla ele alınmıştır. Bununla birlikte, yapay sinir ağları ve uyarlanabilir sinirsel bulanık çıkarım yöntemleri kullanılarak, dane şekli ve granülometri eğrisinden çıkarılan bazı parametrelere bağlı olarak kumların izafi sıkılık ve maksimum birim hacim ağırlık değerlerinin tahmini için alternatif yöntemler önerilmiştir. Çalışmanın altıncı kısmında, kumların CBR ve kesme kutusu deneylerinden belirlenen dayanım ile dane şekil para-metreleri arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Yedinci bölümde, kumların yerel boşluk oranları, dane şekli ve dane boyu dağılım eğrisi arası ilişkiler araştırılmıştır. Farklı ince-likteki kumların permeabilite katsayılarının tahmini için, literatürdeki ampirik bağıntıla-rın uygunluğu sorgulanmıştır. Sonuç olarak, bu çalışmada, dane şeklini tanımlayan bazı parametreleri açıklayan istatistiksel değerler ile bu danelerin oluşturduğu zeminlerin indeks, dayanım, permeabilite gibi özellikleri arasındaki ilişkiler araştırılmıştır.

Abstract:
In this study, microstructural properties of soils are determined by using image analysis techniques. These properties are obtained by means of shape factors as well as the fractal dimensions of soils being from different origins and having different grain size distributions. Afterwards, strength, permeability, extreme void ratio and compac-tion tests led to a collection of certain parameters related with mechanical and index properties of soils. The effect of microstructural properties on those parameters is as-sessed by parametric and statistical approaches.The first part of this study comprise the aim and scope, and the second part in-cludes a literature survey concerning the developments in the determination of effect of particle shape on soil properties, while the third part includes information about the materials used in this study. In the fourth part of this study, explaining the parameters which are identifying the particle shape, information related to image analysis, digital measurements on particle images and fractal analysis is given. In the fifth part, relation-ships between a number of index properties of soils and particle shape are investigated. In this scope, this part includes a discussion on the effect of particle shape on maximum and minimum void ratios of sands and gravels as well as a statistical approach on the particle shape - relative density relationships of sands. Moreover, artificial neural net-works and adaptive neuro-fuzzy inference systems are utilized to propose alternative methods for the estimation of maximum dry unit weights and relative densities of sands. In the sixth part of this study, the relationships between the particle shape and the strength values obtained by Califonia Bearing Ratio and shear box tests are investigated. The seventh part includes the investigation of relationships between the local void ra-tios, particle shape and grain size distribution of sands. The suitability of the empirical equations in the literature is questioned for the estimation of permeability coefficients belonging to soils of different finenesses. As a consequence, in this study, the relation-ships between a number of statistical parameters quantitatively defining the particle shape of grains and the index, strength as well as permeability properties of soil grains are investigated.