Ayrık elemanlar metodu ile bir istinat duvarı arkasındaki farklı şekilsel özelliklere sahip granüler zeminlerin davranışının modellenmesi
Modeling the behavior of granular soils with different shape characteristics behind a retaining wall with the discrete element method
Yazar: OMID NASIRPUR
Danışman: PROF. DR. SEMET ÇELİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, bir rijit istinat duvarı arkasında farklı granülometriye, rölatif sıkılığa ve yuvarlaklıklara sahip zeminlerin aktif ve pasif durumlarında davranışlarının model deneylerle araştırılması ve deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçların Parçacık Görüntülü Hız Ölçüm Yöntemi (PIV) ve Ayrık Elemanlar Yöntemi (DEM) ile karşılaştırılması amaçlanmıştır. 
Yöntem: Köşeli kalker zemin laboratuvara getirildikten sonra Los Angeles aleti kullanılarak yuvarlak ve tam yuvarlak hale getirilmiş daha sonra eleklerden geçirilerek 4 farklı granülometriye sahip zeminler elde edilmiştir. Dört farklı granülometriye sahip köşeli, yuvarlak ve tam yuvarlak zeminler model tanka yerleştirilmiş ve istinat duvarına itme ve çekme uygulayarak zeminlerde oluşan aktif ve pasif durumlar araştırılmıştır. Ayrıca deneyler süresince fotoğraflar çekilmiş ve çekilen fotoğraflar PIV ile analiz edilerek istinat duvarının arkasındaki zeminlerin yer değişimleri gözlenmiştir. Son olarak, aktif ve pasif durumlar DEM ile modellenmiş elde edilen sonuçlar birbiriyle karşılaştırılmıştır.
Bulgular: Laboratuvar deneyleri, PIV ve DEM analiz sonuçlarından zeminlerin kayma mukavemeti açıları ve kayma yüzeyleri belirlenmiştir. Aynı rölatif sıkılıkta köşeli daneli zeminlerin kayma mukavemeti açılarının ve pasif kuvvetin yuvarlak ve tam yuvarlak zeminlerden daha yüksek çıktığı görülmüştür. Aktif durumda da köşeli daneli zeminlerde aktif kuvvetin yuvarlak ve tam yuvarlak zeminlerden daha düşük çıktığı belirlenmiştir. 
Sonuç: DEM modeli, laboratuvar deneyler ile tatmin edici bir uyum göstermiş ve kayma bölgelerini gerçekçi bir şekilde modellemiştir. Aktif durumda dane boyutu ve yuvarlaklığın artmasıyla yer değiştirme alanlarının daha büyük olduğu belirlenmiştir. Pasif durumda ise dane boyutu ve köşeliliğin artmasıyla yer değiştirme alanlarının daha büyük olduğu belirlenmiştir. Böylece aktif durumda yuvarlak zeminler köşeli zeminlere göre daha kritik bir davranışa sahip oldukları gözlenmiştir. Pasif durumda zeminin yer değiştirmeleri köşeliliğin ve boyutun artması ile daha öne çıktığı tespit edilmiştir. Deneysel ve modellemeler arasındaki kayma mukavemeti açılarındaki sapmalar, zemin partiküllerin arasındaki sürtünmeden kaynaklanan kemerlenme etkisine bağlanabilmektedir.

Anahtar Kelimeler: İstinat Duvar, DEM, PIV, Dane Şekli, Yanal Zemin Basınçları

Abstract:
Purpose: In this study, it is aimed to investigate the behavior of soils with different granulometries, relative densities and roundness behind a rigid retaining wall in active and passive states by model experiments and to compare the results obtained from experimental studies with Particle Image Velocimetry (PIV) and Discrete Element Method (DEM).
Method: After angular limestone soil were brought to the laboratory, they were rounded and well-rounded using a Los Angeles machine and subsequently sieved to obtain four different granulometries. These angular, rounded, and well-rounded soils with four different granulometries were then placed into a model tank, where pushing and pulling forces were applied to investigate the active and passive states of the soils against a retaining wall. Additionally, photographs were taken during the experiments, and these images were analyzed using PIV to observe the displacements of the soils behind the retaining wall. Finally, the active and passive cases are modeled with DEM and the results are compared with each other.
Findings: Shear strength angles and sliding surfaces of the soils were determined from the results of laboratory tests, PIV and DEM analysis. At the same relative density, angular soils have higher shear strength angles and passive force than round and well round soils. In the active state, the active force was lower for angular grained soils than round and full round soils.
Results: The DEM model showed satisfactory agreement with the laboratory experiments and modeled the shear zones realistically. In the active case, the displacement areas were found to be larger with increasing grain size and roundness. In the passive case, the displacement areas were found to be larger with increasing grain size and angularity. Thus, it is observed that round soils have a more critical behavior than angular soils in the active state. In the passive case, the displacements of the soil are found to be more prominent with increasing angularity and size. The deviations in shear strength angles between experimental and modeling results can be attributed to the arching effect caused by the friction between the soil particles.

Keywords: Retaining wall, DEM, PIV, Grain Shape, Lateral Earth Pressure