Görüntü analizi ile granüler zeminlerin bazı geoteknik özelliklerinin belirlenmesi
Determination of some geotechnical properties of granular soils by image analysis
Yazar: SERACETTİN ARASAN
Danışman: PROF. DR. SUAT AKBULUT
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Bölümü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Fraktal boyut = Fractal dimension ; Görüntü analizi = Image analysis ; Kayma dayanımı = Shear strength ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks ; Çoklu regresyon = Multiple regression

Özet:
Geoteknik uygulamalarda, kayma mukavemeti ve kayma mukavemeti açısı granüler zemin ve malzemeler için en önemli özelliklerdendir. Bunlar öncelikli olarak dane şekli, dane boyutu ve dane boyu dağılımı tarafından kontrol edilirler. Bu çalışmada, granüler zeminlerin uzun süren ve zahmetli geleneksel deneyler ile belirlenen bazı geoteknik özelikleri (dane boyu dağılımı, maksimum ve minimum boşluk oranları, rölatif sıkılık, kayma mukavemeti açısı v.b.), bilgisayar ve görüntüleme teknolojileri kullanılarak görüntü analizi ile belirlenmeye çalışılmıştır. Bu amaçla, bazalt ve kalker zeminler ile demir bilyelerin (aşındırıcı ve rulman bilyeleri) görüntüleri analiz edilerek şekilsel özellikleri (yuvarlaklık, küresellik, köşelilik, konvekslik, fraktal boyut v.b.) hesaplanmış ve dane şeklinin zeminlerin geoteknik özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Buna ek olarak, yapay sinir ağları, doğrusal ve doğrusal olmayan çoklu regresyon analizleri kullanılarak zemin görüntülerinden, zeminlerin maksimum ve minimum boşluk oranları, rölatif sıkılık ve kayma mukavemeti açısı değerlerinin tahmini için modeller önerilmiştir.Çalışma sonucunda, dane şeklinin granüler zemin özelliklerine önemli etkisinin olduğu ve danelerin yuvarlaklığının artması veya fraktal boyutunun azalmasıyla maksimum ve minimum boşluk oranları ve kayma mukavemeti açısının azaldığı belirlenmiştir. Deneysel ve sayısal analizler neticesinde, zeminlerin boşluk oranlarına en etken parametrelerin sırasıyla şekilsel özellikler, dane boyutu ve dağılım özelliklerinin (üniformluluk veya derecelenme katsayısı) olduğu söylenebilir. Kayma mukavemeti açısı için ise bu sıranın, rölatif sıkılık, şekilsel özellikler, dağılım özellikleri ve dane boyutu olduğu söylenebilir. Ayrıca, bir örnek uygulama ile zeminlerin birçok geoteknik özelliğinin (endeks özellikleri, dane boyu dağılımı, maksimum ve minimum boşluk oranları ve kayma mukavemeti açısının) deney yapmadan yeterli bir doğrulukta tahmin edilebildiği gösterilmiştir.

Abstract:
In geotechnical applications, shear strength and shear strength angle are one of the most important features for granular soil and materials. These are primarily controlled by particle shape, particle size, and grain size distribution. In this study, some geotechnical properties of granular soils (grain size distribution, maximum and minimum void ratios, relative density, shear strength angle, etc.) determined by long-term and laborious traditional experiments were tried to determine by using computer and image analysis. For this purpose, the shape properties of particles (roundness, sphericity, angularity, convexity, fractal dimension, etc.) were calculated and the effect of particle shape on the geotechnical properties of soils was investigated by analyzing of basalt and calcareous soils? and steel balls? (abrasive and bearing balls) images. In addition, the images of soils were used to develop artificial neural networks, linear and non-linear regression analysis to prediction maximum and minimum void ratios, relative density and shear strength angle values of the soils.As a result, it was determined that the particle shape significantly affected the properties of granular soil. The maximum and minimum void ratios and shear strength angle values of soils decreased with increasing the particle roundness or decreasing the fractal dimension. According to experimental and numerical analysis, the most effective parameters on the void ratios of soils are shape properties, grain size and distribution properties (coefficient of curvature or uniformity), respectively. Relative density, shape properties, distribution properties and grain size are the most effective parameters for shear strength angle, respectively. Moreover, it was shown that some geotechnical properties of soils such as the index properties, grain size distribution, maximum and minimum void ratios and shear strength angle, could be predicted in an adequate confidence with a single application.