Deprem sırasında oluşan heyelandan dolayı baraj haznelerinde meydana gelen yüzey dalgalarının sayısal benzetimi
Numerical simulations of landslide-induced surface waves during earthquake in dam-reservoirs
Yazar: ADNAN TOLGA KÜRÜMÜŞ
Danışman: PROF. DR. ENDER DEMİREL
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Hidrolik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Baraj hazneleri = Dam reservoirs ; Deprem = Earthquake ; Heyelan = Landslide ; Hidrodinamik kuvvetler = Hydrodynamic forces

Özet:
Bu tez çalışmasında, deprem sırasında büyük baraj haznelerinde meydana gelen hidrodinamik etkilerin hesaplanması için sıkışma, serbest yüzey ve türbülans etkilerini içeren üç boyutlu bir hesaplama modeli ile hazne içerisindeki heyelan oluşumlarının sayısal modellemeleri için overset yöntemi geliştirilmiştir. İzotermal olmayan ideal akışkan için termofiziksel özellikler çözücüde tanımlanarak sıkışma etkileri modellenmiştir. Harmonik salınım etkisindeki düşey ve parçalı baraj gövdelerinde sistemin rezonans koşulları için sayısal benzetimler gerçekleştirilmiş, sayısal sonuçlar analitik sonuçlar ile karşılaştırıldığında sayısal modelin en uç durumlarda bile sıkışma etkilerini hassas bir şekilde hesaplayabildiği görülmüştür. El Centro ve Kocaeli deprem kayıtları kullanılarak baraj haznesi üzerinde sayısal benzetimler gerçekleştirilmiş ve modelin analitik sonuçlarla uyumlu olduğu görülmüştür. Deprem sırasında oluşan sıkışma dalgalarını yansıma olmadan uzak sınırdan dışarı ileten Sharan sınır koşulu çözücü kütüphanelerine eklenmiş, yapılan testlerde kısa hazne uzunluklarında sıkışma dalgalarının başarılı bir şekilde dışarı atılabildiği görülmüştür.
Heyelan etkilerini araştırmak üzere, rampa üzerinde kayan rijit bloğun oluşturduğu yüzey dalgalarının sayısal benzetimi overInterDyMFoam çözücüsü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kayan rijit bloğun hareketi "overset ağ" metodu ile modellenmiş, rijit cisim hareketi için altı serbestlik derecesi yaklaşımı kullanılmıştır. Hareketli bloğun etkisi ile su yüzeyinde meydana gelen değişimler, literatürde dinamik ağ yöntemi kullanılarak gerçekleştirilen benzetimler ile karşılaştırmalar yapılarak sayısal modelin doğruluğu araştırılmıştır. Çözücü hassasiyeti, su yüzeyine serbest düşüş yapan silindir ile doğrulandıktan sonra bir rampa üzerinde kayan bloğun su haznesi ile ilişkisi incelenmiştir. Katı-katı etkileşimini modellemek için eğimli rampa çok düşük geçirimli bölge olarak tanımlanmış ve sürtünme kuvveti etkileri çözücüye dahil edilmiştir. Elde edilen bilgi birikimi ve deneyim kullanılarak, gerçek baraj-hazne geometrisi üzerinde heyelan benzetimleri gerçekleştirilebilecektir.

Abstract:
In this thesis, earthquake induced hydrodynamic pressures in three dimentional dam reservoirs were investigated including compressibillity, free surface and turbulance effects and overset mesh method adopted to simulate land-slides in the reservoir. Compressibility effects were modelled by using thermophysical properties for non-isothermal perfect fluids. Vertical and partially vertical dam bodies simulated under sinusoidal accelerations for the resonance status, numerical results compared with the analytical results and compressibility effects agreed well even during the most extreme cases. Real earthquake acceleration datas of El Centro and Kocaeli earthquakes were also simulated for two dimentional cases and numerical model performed well with analytical results. In order to transmit the pressure waves from far boundary generated by earthquake, Sharan's boundary condition was added in to the OpenFOAM libraries and test results showed that the shorter reservoirs were able to absorb the pressure waves at the far boundary. Sliding rigid block on a ramp was numerically simulated to generate free surface waves and the land-slide effects were investigated by using overInterDyMFoam solver. Overset mesh method is used for the rigid blocks movement and six degree of freedom approach is adopted to create the free and restricted motions. The numerical model was validated with free surface disturbance due to the rigid body impact by comparing overset mesh results with the dynamic mesh results. A free falling cyllinder dropping from the water free surface and a sliding rigid wedge was investigated to validate the solver's precision. Solid-solid interaction between the moving body and slide was granted by using very low porous zone which was created with Darcy-Forchheimer method and the friction forces were added to the solver. With the formed numerical model and gained experience, larger scale land-slide simulations to be able to performed.