UBCSAND model ile sıvılaşma davranışının incelenmesi
Investigation of liquefaction behaviour with UBCSAND model
Yazar: MÜNİRE DÜLGER
Danışman: DOÇ. DR. PELİN ÖZENER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Geoteknik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Sıvılaşma = Liquefaction

Özet:
Depremlerin oluşturduğu yapısal hasarların nedenlerinin önemli bir kısmını oluşturan ve suya doygun, gevşek kumlu zeminlerde meydana gelen sıvılaşma ve yanal akma davranışları, son yıllarda önemli araştırma konuları arasındadır. Bu tip, sıvılaşmadan kaynaklanan hasarların tahmini için geliştirilen çeşitli bünye modelleri kullanılarak modellemelerde büyük aşama kaydedilmiştir. Bu tarz bünye modellerinin doğrulanması nümerik analiz sonuçlarının laboratuvar sonuçları ve arazi verileri ile karşılaştırılarak yapılmaktadır.
Bu tez çalışmasında sıvılaşma davranışı gözlemlenebilecek suya doygun gevşek kumlu zeminler için geliştirilen UBCSAND bünye modelinin PLAXIS sonlu elamanlar programına kullanıcı tanımlı eklenmesiyle UBC3D-PLM adını alan sıvılaşma modeli kullanılarak nümerik modellemeler yapmak amaçlanmıştır. Bu kapsamda UBC3D-PLM modeli kumun sıvılaşma davranışının tahmini için özellikle geliştirilmiş bir basit efektif gerilme modelidir. 
VELACS 1 nolu sentrifüj model sonuçları ile nümerik modellemede elde edilen boşluksuyu basınçı artışları ve ivme değerleri karşılaştırılarak girdi parametrelerinin etkisi değerlendirilmiştir. Ayrıca eğimli arazide yapılan sentrifüj deney sonuçları ile Plaxis UBC3D-PLM modeli kullanılarak yapılan nümerik analizlerden elde edilen boşluksuyu basınçları karşılaştırılmıştır. Oluşan boşluksuyu basınçları ve ivmelerin sentrifüj ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir ancak eğimli arazide nümerik analizle hesaplanan deplasmanlar sentrifüj deney ölçüm sonuçlarına göre daha fazla hesaplanmıştır.
Daha sonra ise üzerinde deprem sırasında alınmış arazi ölçüm sonuçları (boşluksuyu basıncı değerleri) bulunan Wildlife arazisi nümerik olarak modellenerek analiz sonuçları ile arazi verileri karşılaştırılmıştır. Yapılan araştırmalarda da rastlanan sonuçlarla uyumlu olduğu ancak boşluksuyu basıncı artışları nümerik analize göre daha geç artmaya başladığı gözlemlenmiştir. Buna ek olarak aynı arazide girdi parametrelerini etkileyen SPT değeri arttırılarak sıkı kumların davranışını değerlendirmek için çeşitli analizler yapılmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Ayrıca, deprem verileri %20, %40, %60 oranında azaltılarak analizler yapılmıştır. Yapılan bu çalışmalarla, boşluksuyu basıncı artışındaki gecikmenin nedeni sorgulanmıştır.
1999 Kocaeli depreminde sıvılaşma davranışı gözlemlenen Carrefoursa arazisinde belli bir bölgede jet grout kolonları ile iyileştirilme yapılmıştır. İyileştirilmiş kısımda sıvılaşma davranışı gözlemlenmemiştir. Bu arazi örneği, zemin iyileştirmenin arazi davranışına etkisini açıkça sergilemektedir. Bu kısımda, siltli kil tabakası arasında bulunan sıvılaşabilir kum tabakasını içine alacak şekilde iyileştirme yapılmıştır. Bu arazi için nümerik modelleme yapılarak farklı iyileştirme alan oranları denenerek ve farklı kayma modülü oranı kullanılarak analizler yapılmıştır. Jet grout kolonları kullanılarak yapılan zemin iyileştirmenin sıvılaşma davranışına etkisi araştırılmıştır.
Yapılan bu tez çalışmasında UBCSAND sıvılaşma bünye modelinin kullanılabilirliği ve sıvılaşabilir zeminlerde sıklıkla kullanılan jet grout kolonları ile zemin iyileştirme yönteminin etkisi belirlenmeye çalışılmıştır.

Abstract:
Liquefaction and lateral spreading, which occur in saturated loose sandy soils and cause a considerable part of the structural damage during earthquakes, are among the leading research topics in recent years. There has been significant success in constitutive modeling developed to study liquefaction-induced deformations and failure. Verification of such modeling studies is possible by comparing the results of the numerical analyses to the laboratory and field data.  
In this thesis, numerical analyse have been purposed to do, using a numerical liquefaction model designated as UBC3D-PLM, and formed by user-defined integration of the UBCSAND module developed for analysis of saturated loose sandy soils to Plaxis FE software. The UBC3D-PLM is a simple, fully-coupled effective stress model for analysis of the liquefaction behavior of sands. 
In the study, the results of VELACS-1 centrifuge model have been compared to the pore pressure increase, acceleration and displacement values obtained from numerical modeling, and the effect of the input parameters has been investigated. In addition, the results of centrifuge tests for sloping ground have been compared to those obtained from the numerical analyses performed with UBC3D-PLM. It has been found that the pore pressures and accelerations found by the two different methods are in agreement. On the other hand, the numerical analysis has calculated higher displacements in case of sloping ground.
Wildlife field data including measured values of pore pressures and accelerations which were taken during the Superstition Hills earthquake in the USA, have been compared to the results of the numerical model of the Wildlife field. Althoug the results of the current study as well as the previous research on the topic are in concurrence with the field data, a delay in the increase of pore pressures compared to the results of the numerical analysis is observed. Furthermore, the SPT (N1)60 input values on the site have been increased and various analyses performed to model and evaluate the behavior of dense sands. Further analyses with the Wildlife model have been carried out by reducing the earthquake data by 20%, 40% and 60%. In these analyses, the cause of the delay in the increase of pore pressure has been investigated.
The CarrefourSA site (Kocaeli, Turkey) had experienced liquefaction during the 1999 Kocaeli earthquake. In an area on the site, soil improvement with jet grouting colums had been carried out before the earthquake and no liquefaction occurred in that particular area during the seimic event. This case history clearly shows the positive effect of soil improvement on the site behavior. In that project, improvement had been carried out to include liquefiable sand layer in silty clay layers. In the thesis study, numerous numerical analyses have been carried out by modeling that site and trying various improvement ratios and using various shear modulus ratios. The effect of the soil improvement with jet grouting columns on the liquefaction behavior has been investigated. 
In the thesis, it has been aimed to determine the reliability of the UBCSAND model, and also to investigate the behavior of the soil improved by the widely used method of jet grouting columns.