Depremde tabakalı kum zeminde oluşan sıvılaşma ve sıvılaşma sonrası davranışın model deneylerle araştırılması
Investigation of liquefaction and post liquefaction behavior of layered sands during earthquakes by means of model tests
Yazar: PELİN TOHUMCU ÖZENER
Danışman: PROF. DR. KUTAY ÖZAYDIN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Depremlerin yol açtıgı yapısal hasarların önemli nedenleri arasında yer alan sıvılasmaolusumu ve yanal akmalar geoteknik mühendisligi'nin baslıca arastırma konular arasında yeralmaktadır.Bu çalısmada, uniform ve tabakalı kumlarda sıvılasma mekanizmasını arastırmak içinlaboratuarda gelistirilmis bir deney düzeneginde bes seri sarsma tablası model deneyiyapılmıstır. Deneyler farklı sarsıntı siddetleri kullanılarak, farklı sıkılıklarda uniform kumkolonları, silt ara tabakalı kum kolonları ve iki tabakalı kum kolonları üzerindegerçeklestirilmistir. Deneylerde dinamik yükleme sırasında olusan artık bosluk suyubasınçları, üç farklı derinlige yerlestirilmis bosluk suyu basıncı sensörleri ile, meydana gelenyüzeysel oturma ve su filmi kalınlıgı ise dijital bir kamera tarafından alınan görüntülerdenölçülmüstür.Gerçeklestirilen model deneyleri gözlemleri, uygulanan sarsıntı siddeti ve kumun rölatifsıkılıgının olusan artık bosluk suyu basınçları ve hacimsal sekil degistirmeler üzerindeoldukça büyük etkisi oldugunu göstermistir. Silt ara tabakalı kum kolonu deneylerindetitresimli yüklemeler etkisinde sonucunda ise kum kolonu içerisinde yer alan geçirimliligidaha az ince silt ara tabakası altında bir su filmi olustugu gözlenmis ve silt tabakası altındayer alan kum tabakasının sıkılık derecesinin, sarsıntı siddetinin ve artık bosluk suyu basıncıoranının su filmi olusumunda etkili oldugu görülmüstür. Deneysel gözlemlerden arazidegeçirimliligi düsük tabakalar altında gevsek kum tabakaları yer alması durumunda, su filmiolusumunun zararlı etkilerinin olusan artık bosluk suyu basınçları üzerindeki artırıcıetkisinden daha fazla olacagı ve silt tabakası altında olusan su filminin uzun süresönümlenmeden kalmasının özellikle sevlerde çok ciddi problemlerin çıkmasına sebepolabilecegi sonucuna varılmıstır.Uniform ve tabakalı kum kolonlarının dinamik davranısını modellemek için DIANA sonluelemanlar programı'nda Towhata-Iai sıvılasma bünye modeli kullanılarak nümerik analizlergerçeklestirilmistir. Nümerik analizler sonucunda, artık bosluk suyu basınçları hesaplanarak,deneysel sonuçlarla karsılastırılmıs ve model deneylerde ölçülen artık bosluk suyu basınçlarıile nümerik analizden hesaplanan sonuçların genel olarak uyumlu oldugu görülmüstür.Gerçeklestirilen analizlerde artık bosluk suyu basınçlarının sarsıntı siddeti ve sıkılıkderecesinden önemli oranda etkilendigi görülmüstür. Nümerik analizler sonucunda ayrıca,kum tabakası içerisinde daha az geçirgen silt tabakası bulunması durumunda, silt tabakasıaltında bir miktar ani bosluk suyu basıncı artısı oldugu ve silt tabakasının üst tabakada olusanartık bosluk suyu basınçlarının azalmasına yol açtıgı görülmüstür.Anahtar Kelimeler: Sıvılasma, nümerik modelleme, su filmi, model deneyler, silt aratabakası

Abstract:
Liquefaction and consequent lateral spreading is one of the major topics of investigation ingeotechnical engineering following their sometimes drastic effects on structural damagescaused by earthquakes.In this study, in order to be able to investigate the liquefaction phenomenon in uniform andlayered sands, five series of shaking table model tests were conducted by means of anexperimental set-up developed in the laboratory. The experiments were carried out on uniformsand columns, silt inter layered sand cloumns and two layered sand columns deposited atvarious relative densities and subjected to different input accelerations. During theexperiments, excess pore water pressures generated during dynamic loading were measuredby pore pressure transducers installed at three different depths and, the surface settlementsand water film thicknesses were measured from the images recorded by a digital camera.The results of the model tests have shown that the excess pore water pressures and volumetricstrains are largely influenced by the shaking intensity and relative density. The results fromthe silt interlayered sands demonstrated that a water film is developed underneath the lesspermeable silt layer. The formation of the water film is seen to be influenced by the relativedensity of the sand layer underneath the silt seam, shaking intensity and the developed excesspore water pressure ratios. The observations regarding water film formation point out that theadverse effects of water film is expected to be more significant in loose sands rather than thepresence of water film increasing the level of excess pore water pressures. In the field, thewater film may not dissipate for days after an earthquake shaking and may lead to significantengineering problems such as flow failures in slopes.The model tests are also numerically modelled to analyse the dynamic response of uniformand layered sand columns with finite element analysis using the program called DIANA,using the Towhata-Iai liquefaction model. As a result of the numerical analysis, excess porewater pressures were computed and compared with the experimental results. Generally a goodagreement between the results of computed and measured excess pore water pressures isobserved. The results of the numerical analyses have demonstrated that the build-up of excesspore water pressures is highly influenced by the shaking intensity and relative density of thesand deposit. The numerical analysis results also revealed that the presence of less permeablesilt interlayer within the sand deposit can cause an abrupt increase in pore water pressuresunderneath the silt layer and reduce the excess pore water pressures developed in the uppersand layer.Key Words: Liquefaction, numerical modelling, water film, model tests, silt interlayer