İnce daneli zeminlerin farklı gerilme koşullarında içsel erozyon davranışının mukayeseli analizi
Comparative analysis of internal erosion behaviour for fine grained soils under different stress state
Yazar: SADETTİN TOPÇU
Danışman: PROF. DR. HASAN TOSUN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Suya istinat eden toprak yapılarda, içsel stabililite üç ana etmene bağlıdır: (1) Zemin özellikleri, (2) Mekanik koşullar, (3) Hidrolik yükleme koşulları. Bu faktörlerin biri veya birkaçının etkisiyle, dolgu içinde zemin danelerinin hareketine neden olan ve netice olarak toprak yapının genel stabilitesini etkileyen sorunlar yaşanır. Zemin özelikleri, esas itibariyle dane dağılımına, dane şekline, boşluk oranı büyüklüğüne ve ince malzeme miktarına bağlıdır. Mekanik koşullarda, zeminin yerinde sahip olduğu gerilme durumu, kemerleşme etkisi ve sıkılık anlamlı parametreler olarak öne çıkar.  Hidrolik yükleme koşulları ise hidrolik eğim, sızma hızı, sızma yönü gibi parametreler tarafından kontrol edilir. İçsel erozyonun oluşması, her zaman toprak yapının göçmesiyle sonuçlanmayabilir. Eğer potansiyel göçme ihtimali olan malzeme, içsel duraylılık sağlanacak şekilde korunursa, göçme oluşmamaktadır. Bu amaçla farklı tasarım ve inşaat önlemleri alınır.  Bu önlemler arasında en etkili çözüm, filtrasyon sistemidir. İçsel erozyonun başladıktan sonra gelişip toprak yapıyı göçme noktasına ulaştırması, esas itibariyle hidrolik ve malzeme faktörlerinin etkisi ile ortaya çıkmaktadır. Çalışma kapsamında arazideki mevcut gerilme dağılımını dikkate alabilmek için izotropik olmayan yükleme koşulları için yeni bir cihaz geliştirilmiş ve konsantre bir delikte yükleme koşuluna ve zamana bağımlı olarak oluşacak erozyon oranı nicel olarak belirlenmiştir. Bu çalışma kapsamında elde edilen verilere bağlı olarak parametrik çalışmalar yapılarak etmenler arası ilişkiler, analitik olarak incelenmiştir.  Bu amaçla dispersif örnekler üzerinde erozyon oranı ve delik kapasitesine kadar debi-zaman ilişkisi dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Bu parametrik çalışma sonuçlarında görülmüştür ki; dispersif örnekler için yüklemesiz ve izotropik yükleme koşullarındaki eğim değerleri birbirine yakınken, izotropik olmayan yükleme koşullarında daha farklı bir mertebe oluşmuş, ancak iki izotropik olmayan yükleme koşulu için de yakın değerler elde edilmiştir.  Dispersif örneklerin erozyon oranı ile ilgili yapılan deneysel çalışmalar da benzer sonuçları vermiştir.

Abstract:
In water-retaining earth structures, internal stability depends on three main factors: (1) soil properties, (2) mechanical conditions, (3) hydraulic loading conditions. Under the influence of one or more of these factors, some problems can rise up as based on the movement of soil grains in the embankments and then this phenomenon affects overall stability of the earth structure. Soil behavior mainly depend on grain distribution, grain shape, void ratio and amount of fine. In mechanical conditions, the in-situ stress of ground material, the effect of arching and compaction degree are prominent as significant parameters. Hydraulic loading conditions are controlled by parameters such as hydraulic gradient, seepage rate and seepage direction. The formation of internal erosion may not always result in the failure of earth structure. If the material with a potential possibility of failure is preserved in such a way as to ensure internal stability, damage does not occur. For this purpose, different design and construction measures are taken. Among these measures, the most effective solution is the filtration system.  Internal erosion that develops after the beginning and reaches the stage of failure of the earth structure is mainly caused by the influence of hydraulic and material factors. In this study, it was aimed to evaluate the rate of erosion that may occur under different loading conditions. As part of the study, a new equipment was developed for non-isotropic loading conditions to take into account the current stress distribution in the field, and the erosion rate that will occur in a concentrated hole, depending on the loading condition and time, was quantified. Depending on the data obtained within the scope of this study, parametric studies were analytically conducted to obtain relationship between variables.  For this purpose, the rate of erosion on dispersive samples and the flow rate-time relationship up to hole capacity were evaluated. The results of this parametric study showed that while the slope values in the no-load and isotropic loading conditions were close to each other for dispersive samples, however different values was obtained under the non-isotropic loading conditions. For the two non-isotropic loading conditions the values were close to each other. Experimental studies on the erosion rate of dispersive samples have yielded similar results.