Sıvılaşmayla ilişkili yanal yayılma yer değiştirmesinin kestirimi
Assessment of liquefaction-induced lateral spread displacement
Yazar: NİLSUN HASANÇEBİ
Danışman: PROF. DR. KEMAL ÖNDER ÇETİN ; PROF. DR. REŞAT ULUSAY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Deprem = Earthquake ; Maksimum olabilirlik yöntemi = Maximum likelihood method ; Standart penetrasyon testi = Standard penetration test ; Sıvılaşma = Liquefaction

Özet:
1964 yılında meydana gelen ve ağır hasarlar ile can kayıplarına neden olan Niigata (Japonya, Mw=7.5) ve Alaska (ABD, Mw=9.2) depremlerinden sonra sıvılaşma olgusu ve neden olduğu zemin deformasyonları, ilgi duyulan başlıca araştırma ve uygulama konularından biri olmuştur. Sıvılaşma sırasında yüzeydeki zemin kütlelerinin eğim aşağı veya yatay bir ortamda bile serbest bir yüzeye doğru hareket etmesiyle meydana gelen yanal yayılma hareketi geniş alanları etkileyerek yüzeydeki yapılar ile sığ derinliklerde gömülü konumdaki hafif yapılarda önemli düzeyde hasarlara neden olabilmektedir. Yanal yayılma sırasında meydana gelen yer değiştirmeler genellikle birkaç metre olmasına rağmen, topoğrafik eğimin uygun ve sarsıntı süresinin de uzun olduğu durumlarda 10 m'ye kadar ulaşabilmektedir. Yanal yayılmanın meydana gelebilmesi için gerekli koşulların bulunduğu alanlarda hareketin büyüklüğünün önceden kestirimi, üstyapı ve altyapı elemanlarının zarar görmemesi için alınabilecek önlemler açısından büyük önem taşımaktadır. Bu amaçla sınırlı sayıda önerilmiş görgül (ampirik) yöntem mevcuttur. Ancak, bu yöntemler geliştirilirken kullanılan veri tabanının bir veya birkaç depremle sınırlandırılmış ve deprem büyüklüğü, serbest yüzey oranı, topoğrafik eğim vb. bazı parametreler için sınır koşullarının tanımlanmış olması gibi nedenlerden dolayı, yanal yayılma hareketinin büyüklüğünün bazı durumlarda gerçeğe en yakın şekilde kestirimi olanaklı olamamaktadır. Bu durum dikkate alınarak, bu çalışmada, yanal yayılmaya bağlı yer değiştirme büyüklüğünün daha düşük yanılma paylarıyla kestirimi amacıyla kullanılmak üzere yeni bir modelin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, Dünya'da ve Türkiye'de sıvılaşma kaynaklı yanal zemin yer değiştirmelerine neden olmuş ve büyüklükleri 6.4 ile 9.2 arasında değişen 22 farklı depremin meydana geldiği alanlarda yapılmış 6907 adet sondajın verisinden bazı ölçütlere göre bir veri tabanı oluşturulmuştur. Oluşturulan veri tabanında gerekli parametrelerin eksiksiz olduğu 414 sondaj belirlenmiş ve bunlardan 335'i modelin geliştirilmesi ve mevcut yöntemlerle birlikte performanslarının sınanması amacıyla kullanılmıştır. Bu çalışmada maksimum olabilirlik yöntemi kullanılarak önerilen olasılık esaslı yeni kestirim modeli; (a) sadece topoğrafik eğimin, (b) sadece serbest yüzeyin ve (c) hem topoğrafik eğimin hem de serbest yüzeyin bulunduğu, ayrıca (d) topoğrafik eğimin ve serbest yüzeyin olmadığı saha koşullarını içermektedir. Mevcut kestirim yöntemleriyle yapılan karşılaştırmalar esas alınarak, sıfır civarında ortalama rezidüel değerlerin ve diğer mevcut yöntemlerdekine göre küçük standart sapmaların elde edildiği bu çalışmada önerilen modelin mevcutlara göre en iyi tahmin performansını sergilediği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
After 1964 Niigata (Japan, Mw=7.5) and Alaska (USA, Mw=9.2) earthquakes, due to liquefaction-induced heavy damages and loss of lives, liquefaction and associated ground deformations has become one of the attractive research and application topics in literature. The lateral spreading, which occurs with the movement of intact blocks of surficial soil toward even gentle down slope or a free face, affects large areas and causes considerable damages to overlying structures and buried lifelines at shallow depths. Although the displacements resulted from lateral spreading are generally in the order of a few meters, they can reach up to 5 to 10 m when ground slope is favorable and intensity and duration of the earthquake are stronger and longer. In the areas, where the conditions for the occurrence of lateral spreading are favorable, prediction of the magnitude of the resulting deformations is important to select the remedial measures against damages to overlying structures and buried lifelines. There exist a limited number of empirical methods available for this purpose. However, due to i) the database used to develop these methods to be dominated by one or more earthquakes, ii) uncertainties or lack of data regarding earthquake magnitude, free face ratio, ground slope as well as true magnitudes of lateral spreading, precision of existing models are limited. Inspired from this gap, it is aimed to develop an empirically-based model for the prediction of lateral spread-induced ground deformations. For this purpose, a database which includes the data from 6907 boreholes drilled at the sites shaken by 22 different earthquakes of magnitudes varying in the range of 6.4 and 9.2 was compiled. A total of 415 boreholes with necessary full data were selected from the database established and among them 335 boreholes were used to developed the empirical model and to assess its performance with those of existing models. The probability-based empirical model was developed by using the maximum likelihood methodology. Four models were proposed for predicting displacements of (a) a sloping ground, (b) a free face, of a ground (c) with and (d) without slope and free face. Revealed by almost zero mean residuals and smaller standard deviations, on the basis of comparisons with the predictions of existing models, it is concluded that the proposed model exhibits a better prediction performance.