Karayolu boyunca bir heyelan araştırması için elektrik özdirenç yöntem uygulaması
Application of electrical resistivity method for investigation of a landslide along highway
Yazar: CEYDA NARMAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SEDAT YILMAZ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering
Dizin: Doğal gerilim = Self potential ; Heyelan = Landslide ; Öz direnç = Resistivity

Özet:
Heyelanlar birçok dış etkenler tarafından tetiklenen bir kaya birikimi, bir yamacın çökmesi veya kayması olarak tanımlanır. Türkiye? nin güneyindeki heyelanların en önemli sebepleri genellikle yamaçların morfolojisi, yağmur, hafriyat, aşınma ve yeraltı suyunun varlığıdır. Ayrıca, yol genişletme çalışmaları ile yamaç dengesinin bozulması heyelanları tetiklemede önemli olmuştur. Böylece, Burdur-Isparta  karayolu boyunca oluşmuş heyelanlar yol yapımı veya genişletme çalışmaları, litolojik olumsuzluklar ve doğal yamaçların tahribi yüzünden oluşmaktadır. 

Burdur-Isparta illeri arasındaki devlet karayolu 55 km uzunluğunda iken, bu çalışmaya konu olan heyelanın bulunduğu karayolu ise 26 km uzunluğuna sahiptir. 2006 yılından sonra ana bir yol olarak projelendirilmiş bu karayolu 2009 yılı sonuna kadar 6 m genişlikten kısmen 10-16 m genişliğe ulaşmıştır. Bu genişletme çalışmaları ile iki il arasındaki mesafeyi yaklaşık olarak yüzde elli azaltan bu yoldaki trafik devlet karayolundakine göre artış göstermiştir. 

Heyelanların özelliklerini belirlemek için doğrudan araştırmaya dayalı jeoteknik yöntemlerin yüksek maliyetleri yüzünden her zaman uygun olmasa da kullanılabilmesine karşın, heyelanları çalışmanın en iyi yolları jeofizik araştırmalardır. Heyelan bölgeleri veya kütle hareketinde jeofizik yöntemlerin ana amacı, hareket eden kütlenin yanal sınırlarını ve kalınlığını, potansiyel kayma yüzeylerini belirlemek ve yeraltı suyu akışının hareketini ve kayan kütle içindeki dağılımını belirlemektir. Özdirenç ve doğal potansiyel (SP) yöntemleri kapsayan heyelanların yerelektrik araştırmaları bu çalışmanın odağını oluşturmaktadır.
   
İki-boyutlu (2-B) elektrik özdirenç görüntüleme (ERI) tekniği profiller boyunca nispi olarak bir yeraltı görüntüsünü vermede hem ucuz hem de uygun bir yöntemdir. Ayrıca ERI yöntemi yeraltı tabakaların su içeriğine duyarlı olduğu için heyelan araştırmalarında başarılıdır. Çok-elektrotlu veri toplama sistemleri araştırmacıların geleneksel olmayan dizilimleri kullanmasına ve veri toplama zamanını azaltmasına olanak sağlamaktadır. Özdirenç veri yorumlamadaki ilerlemeler heyelanlarla ilişkili yeraltı suyu akış hareketleri ve yeraltı yapısını belirleme gibi karmaşık jeolojik sorunları çözmeyi sağlamaktadır. Doğal potansiyel araştırmalar yeraltında kendiliğinden oluşmuş yerelektrik alanların bir ölçümünü kapsar. SP yöntemi heyelanların sınırlarını ortaya çıkarma ve yeraltı suyu akış yönünü belirlemede önemli sonuçlar vermektedir. Heyelan çalışmalarında SP yönteminin kullanımı, ayrışmış kayaç ve topraklar içindeki suyun hareketinin neden olduğu elektro-filtrasyon veya akma gerilimleri ile alakalıdır. SP profil ve haritalama heyelan araştırmalarında negatif ve pozitif yüklü bölgeleri belirlemek için kullanılmaktadır.
  
ERI verileri, Wenner-Schlumberger elektrot dizilimi ile bir yer özdirenç ölçüm cihazına bağlı 48 elektrotlu bir çok-elektrotlu sistemle 4 m elektrot aralıklı ve 188 m uzunluklu sekiz profiller boyunca toplanmıştır. Ölçülen saha görünür özdirenç verileri yeraltı özdirencinin bir modelini oluşturmak için ters çözülmüştür. Ters çözüm işlemi, ölçülen ve modelden hesaplanan görünür özdirenç verileri arasındaki en iyi uyumu elde etmek için düzgünlük kısıtlamalı en-küçük kareler ters çözümünü esas almaktadır. SP ölçümler ise 2-B ERI profiller için kullanılan beş hat boyunca bir milivoltmetre ve bir çift polarize olmayan elektrotları kullanarak 5 m elektrot aralığı ile baza indirgeme ölçü tekniğiyle yapılmıştır. SP araştırma verileri hatların her biri için profiller ve haritalama bölgesi içinde 2-B kontur haritası olarak sunulmuştur. 
  
ERI araştırma sonuçları yaklaşık olarak 7.5-10 m derinlik aralığında bir heyelan kayma yüzeyini ortaya çıkarmıştır. SP verileri ise, pozitif SP artış eğiliminin heyelanın topuk kısmı veya birikim bölgesi ile su çıkışlarının veya drenaj suyunun önünde sonlandığını ortaya koymuştur. Bu heyelan çalışması, gelecekteki bölgenin kararlılık değerlendirmeleri için faydalı olacaktır.

Abstract:
Landslides, defined as the movement of a mass of rock, debris or earth down a slope, are earthflows that can be triggered by a variety of external factor. The most important causes of landslides in southern Turkey are generally morphology of slopes, heavy rainfall, excavation, decomposed rocks and existence of underground water in soil material. In addition, as development expands into unstable hill-slope areas under excavation of slopes for road cuts have become important triggers for landslides. Many landslides along Burdur-Isparta highway route have occurred due to road constructions, lithological negativeness and the destruction of the natural slopes. 

The distance of the highway between the provinces of Burdur and Isparta is approximately 26 km while the state highway constructed between the two provinces is 55 km long. The highway projected as a main highway after 2006 was expanded to 10-16 m partly until end of 2009 however the initial construction planning of the highway was 6 m width. Therefore, the highway reduced approximately fifty percent the distance between the two provinces with widening works is being used for traffic more than the state highway.

Although geotechnical methods concerning direct investigations may be used to determine landslide characteristics, the high cost of such methods implies that they are not always suitable. Geophysical surveys are the best ways to study landslides. The main objectives of geophysical surveys in mass movement or landslide areas are to define thickness and lateral extension of mobilized material, to determine potential sliding surfaces, and to ascertain of the movement of groundwater flow and its distribution within the slip mass. Geoelectrical investigations of landslides including resistivity and self-potential (SP) methods are the focus of this study.

Two-dimensional (2-D) electrical resistivity imaging (ERI) technique is both a relatively cheap to give a continuous subsurface image and possible to measure the ground response along profiles in order to obtain imaging of the subsurface. In addition, since ERI method is sensitive to the water content of layer, it is suitable to be used in landslide investigations. Multi-electrode data acquisition systems have made it possible for researchers to make use of unconventional electrode array, thus significantly reducing time for data acquisition. The developments in the resistivity data interpretation provide resolving complex geological problems, such as defining underground structures and groundwater flow movements related to landslide phenomenon. Self-potential investigations involve the measurement of naturally occurring geoelectrical fields that are generated in the subsurface by a range of mechanisms. The SP technique can give relevant results in describing the main pattern of the subsurface fluid flows and delineating the boundaries of the landslides. The use of SP in landslide studies is concerned primarily with electro-filtration or streaming potentials that are caused by the movement of fluid through porous rocks and soils. The SP profiling, and mapping have been used to identify zones negative and positive charge in landslide investigations.

ERI data were collected along eight profiles with electrode spacing of 4 m, and lengths of 188 m using Wenner-Schlumberger array and a multi-electrode system with 48 electrodes connected to a geo-resistivity meter. The apparent resistivity data were inverted to create a model of the resistivity of the subsurface. Inversion process is based on the smoothness constrained least-squared inversion to obtain the best fit between observed and calculated resistivity data. SP measurements were undertaken along profiles occupying the five lines used for 2D ERI surveys with the separation between measurement points 5 m with the fixed-base technique achieved a millivolt meter and a pair of non-polarizable electrodes. The SP survey data are presented as 1-D profile for each of the lines and as a 2-D contour plot within the mapping area. 

ERI results revealed the sliding surface at a depth of between about 7.5 and 10 m. SP results is displayed the trend of increasingly positive SP values is discontinued at the front of drainage path and at the accumulation zone or toe for landslide. This landslide study would be used for a stability assessment of the area for foreseeable future the studies.