Deprem durumunda şev stabilitesi analizi
Analysis of slope stability during earthquake
Yazar: SİNAN TÜRKMEN
Danışman: PROF. DR. KUTAY ÖZAYDIN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Deprem = Earthquake ; Dinamik analiz = Dynamic analysis ; Dinamik davranış = Dynamic behavior ; Kaya dolgu = Rock fill ; Şev kararlılığı = Slope stability ; Şevler = Slopes

Özet:
Yamaçlarda ve şevlerde yerçekimi etkisi yanında diğer zorlayıcı kuvvetler ve/veya zemin direncinde azalmaya yol açan etkiler büyük çapta toprak kaymaları ve heyelana neden olabilmektedir. Doğal ve yapay şevlerde akmalar ve kaymalar şeklinde ortaya çıkan bu tür göçmeler büyük maddi kayıplara ve can kayıplarına yol açabilmektedir. Şev göçmeleri arazi koşullarındaki belirsizlikler ve değişkenlikler yanında oluşum mekanizmalarındaki çok değişik faktörlerden dolayı geoteknik mühendisliğinin en karmaşık konularından birini oluşturmaktadır. Depremler sırasında şevlerin stabilitesinin araştırılmasında ayrıca zorluklar bulunmaktadır.Şev stabilitesi problemleri çoğunlukla bir limit denge analizi problemi olarak ele alınmakta, kaymaya karşı koyan kuvvetler ile kaymaya zorlayan kuvvetlerin karşılaştırılması ile bir güvenlik sayısı elde edilmektedir. Ayrıca şevin davranışını bir gerilme-şekil değiştirme problemi olarak analiz eden yaklaşımlar da mevcuttur. Günümüzde şev stabilitesi problemlerini çözmek için kullanılan birçok yöntem ve bu yöntemlerin kullanıldığı çok sayıda bilgisayar programı kullanılmaktadır.Bu tez çalışmasında, depremler sırasında zemin şevlerinin davranışının araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik olarak psödostatik limit denge analizi yapan SLOPE/W ve sonlu elemanlar yöntemi ile analiz yapan QUAKE/Wprogramlarından yararlanılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında geçmiş depremlerde göçme meydana gelmiş ve literatürde rapor edilmiş 2 şev üzerinde psödostatik stabilite analizleri yapılarak diğer araştırmaların sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu analizlerin sonuçları oluşan depremde ölçülen maksimum yatay ivmenin (veya bölge için önerilen maksimum yatay ivmenin) yaklaşık %50'sine eşit bir eşdeğer yatay deprem kuvveti uygulanmasının şevde göçmeye karşı güvenlik sayısının 1,00 değerine düşmesine yol açabileceğini göstermiştir. Aynı şevlerin QUAKE/W programı ile bölgede etkimiş veya etkimesi olası bir gerçek deprem kaydı ile yapılan dinamik analiz sonuçları ise şevlerde 0,60-1,00 m arasında zemin yer değiştirmesi ortaya çıkabileceğine işaret etmiştir.Çalışmanın ikinci aşamasında son yıllarda daha sıkça kullanılan ve daha ekonomik tasarımlara yol açtığı öne sürülen beton yüzlü kaya dolgu bir barajın dinamik davranışı QUAKE/W programı ile analiz edilmiştir. Değişik baraj rezervuar su seviyeleri için farklı şiddette deprem kuvvetleri etkisinde barajda oluşan yer değiştirmeler ve etkiyecek ivmeler hesaplanmıştır. Ayrıca menba tarafı yüzeyindeki beton kaplamada hidrodinamik etkiler sonucu oluşacak basınçlar belirlenmiştir. Barajda ortaya çıkacak etkilerin, tabanda etkiyecek deprem hareketinin özellikleri ve rezervuar su seviyesi gibi parametrelerle değişimi incelenmiş ve sonuçlar klasik kil çekirdekli baraj için yapılan çözümlerle karşılaştırılmıştır. Beton kaplamalı barajda kil çekirdekli baraja göre daha küçük yer değiştirmeler ve biraz daha büyük ivmeler oluşabileceği, oluşacak yer değiştirme ve ivmelerin etkiyecek deprem hareketinin büyüklüğü (maksimum ivmesi) ile orantılı olarak artacağı gözlenmiştir.Anahtar kelimeler: Deprem, dinamik şev stabilitesi analizi, ön yüzü beton kaplı kaya dolgu baraj

Abstract:
Large scale landslides can occur in natural and man made slopes under the effect of gravity forces and other driving forces or due to decrease in shearing resistance of soil. This type of failures can cause large scale financial losses and human casualties. Slope failures constitute one of the complex geotechnical engineering problems due to uncertainities and variabilities in field conditions and large number of factors affecting the mechanisms leading to slope failures.Slope stability problems are widely analysed as a limiting equilibrium problem, a factor of safety against failure is computed by comparing the resisting forces with the driving forces. In addition, there are attempts to analyse the problem with stress-strain analysis methods. There are several methods developed for slope stability analysis and a wide range of computer programs readily available.In this thesis, it is aimed to study the behaviour of slopes during earthquakes. Towards this aim numerical analyses are carried out using pseudostatic limit equilibrium analysis with the computer code named SLOPE/W and dynamic finite element analysis using the computer code named QUAKE/W. In the initial stage of the investigation, two case histories from the literature where examples of slope failures during earthquakes were reported are examined and pseudostatic slope stability analyses are carried out. The results of the analysis are compared with the field behaviour and results of the previous investigators, and it is observed that using an equivalent lateral earthquake force coefficient equal to about 50% of the recorded maximum horizontal ground acceleration or the seismic coefficient for the area under study leads a factor of safety equal to unity. The results of the dynamic analysis of the same slopes using QUAKE/W under the action of recorded or probable earthquake motion for the region heve shown that lateral soil displacements in the order of 0,60-1,00 m can be expected.In the second stage of the study, the seismic behaviour of a rock fill dam with cocrete covered upstream slope is investigated using QUAKE/W. The lateral displacements and accelerations generated under the influence of base rock motion is computed for different reservoir water levels under ground motion of different intensities. It is observed that computed displacements and accelerations are influenced by the water level and and shaking intensity and by the characteristics of the ground motion used. Also, the total stresses on the concrete face cover due to hydrodynamic effects are computed. The behaviour of same dam is also analysed if it was constructed without a concrete cover but as a usual clay cored dam and the comparison of the computed results heve shown that larger displacements can be expected for a dam with clay core and somewhat smaller accelerations.Key words: Earthquake, dynamic slope stability analysis, concrete faced rock fill dam