Topoğrafik düzensizliklerin zemin büyütmesine etkisi
The effects of topographical irregularities on soil amplification
Yazar: MURAT EMRE HAŞAL
Danışman: DOÇ. DR. RECEP İYİSAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Dinamik analiz = Dynamic analysis ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Zemin büyütme = Soil amplification

Özet:
Yerel zemin koşulları ve topoğrafik düzensizlikler zemin büyütmesine etkiyen en önemli faktörlerdir. Topoğrafik özellikler hem yüzey geometrisini hem de yüzey altı zemin tabakalarının ve anakayanın geometrisini kapsamaktadır. Bu çalışmada, topoğrafik düzensizliklerin zemin tabakalarının dinamik davranışına etkisi, gerçek ve idealleştirilmiş tepe-ova modelleri üzerinde yapılan bir ve iki boyutlu dinamik analizler yardımıyla incelenmiş, bulunan sonuçlar karşılaştırılmıştır. İki boyutlu sonlu elemanlar modelleri için farklı sınır şartlarının uygunluğu araştırılmış, enerji geçirimli sınırların kullanılabilirliği farklı yerel zemin koşulları ve deprem hareketleri için incelenmiştir. Ova ve vadi gibi oluşumlarda bir boyutlu dinamik analizin yeterliliğini araştırmak amacıyla trapez şeklinde idealleştirilmiş vadi modellerinin farklı deprem hereketleri karşısındaki davranışı farklı yerel zemin koşulları için belirlenmeye çalışılmıştır. Kenardaki anakayanın dinamik davranışa etkisini araştırmak için Dinar ve Düzce ovalarının gerçek modelleri kullanılmıştır. Buralardaki sismik anakaya geometrisi, eş zamanlı mikrotremor ağ ölçümü yöntemiyle belirlenmiştir. Yapılan iki boyutlu dinamik analizlerle, Dinar ve Düzce ovası modellerinin kenarındaki zemin büyütmelerinin değişimi incelenmiş, 1995 Dinar depreminde oluşan hasarın kenardaki anakaya geometrisiyle ilişkisi araştırılmıştır. Daha sonra, bu modellerdeki anakaya eğiminin değişmesinin, farklı frekans içeriğine sahip deprem hareketleri karşısında oluşan yüzey hareketine etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, farklı modeller için ova kenarındaki zemin büyütmelerinin ve şiddet parametrelerinin geometriye bağlı değişimi, yapılan bir (1D) ve iki boyutlu (2D) dinamik analizlerle elde edilmiş, ova kenarındaki kısımlar için 2D/1D spektral ivme oranları hesaplanmıştır. Farklı periyotlar için hesaplanan bu değerlerin istatistiksel olarak değerlendirilmesiyle, farklı anakaya eğimine sahip modeller için ova kenarındaki anakaya mostrasından olan uzaklığa ve sismik anakaya derinliğine bağlı 2D/1D spektral ivme oranı ilişkisi tanımlanmış ve bir boyutlu dinamik analizin yaklaşık geçerlilik sınırları belirlenmiştir.

Abstract:
Local site conditions and topographical irregularities are the most important factors affecting soil amplification. Topographical characteristics include the surface and subsurface geometry of soil layers and bedrock. In this study, the effects of topographical irregularities on the dynamic behaviour of soil layers were investigated by performing one (1D) and two dimensional (2D) dynamic analyses on real and hypothetical models. The appropriateness of the boundary conditions for finite element models used in the dynamic analyses was researched and the applicability of energy transmitting boundaries was investigated. The dynamic behaviours of idealized trapezoidal valley models were studied for different site conditions and earthquake excitations to research the capability of one dimensional approach in evaluating dynamic behaviours of deep deposits during earthquakes. The two dimensional shear wave velocity profiles of Dinar and Duzce basins were used to investigate the edge effect on dynamic response. Seismic bedrock depths in Dinar and Duzce basins were evaluated by using microtremor array measurement method. By performing 2D dynamic analyses, the variation of soil amplification at edges of Dinar and Duzce models were evaluated and the relation between the damage distribution and basin edge geometry in Dinar was investigated. After this, the effect of basin edge geometry on the surface motion was studied for Dinar and Duzce models by using different bedrock slopes. The variation of soil amplifications, intensity values and 2D/1D aggravation factors with basin edge geometry were evaluated. An aggravation factor relation was defined for the basin edge models. It was revealed that by using this relation, the limiting effect of the second dimension at basin edges can be reflected to the spectral accelerations evaluated from 1D dynamic analyses, as a function of basin geometry and seismic bedrock depth.