Kil çekirdekli dolgu barajlarda sızmanın belirsizlik temelli incelenmesi
Uncertainty-based investigation of seepage in embankment dams with clay core
Yazar: ARİFE GÜNAY
Danışman: PROF. DR. SAMİ OĞUZHAN AKBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Sızma, dolgu barajların tasarımında suyun barajın memba kısmından mansap kısmına doğru sürekli ve engellenemeyen fakat belirli bir mertebenin altında tutulması gereken hareketi olarak tanımlanır. Tasarım öngörülerinin dışında oluşan sızma, barajın hizmet performansını düşürebilir ve uç durumlarda barajda borulanma veya iç erozyon sonucu yenilmeye varan sonuçlar ortaya çıkarabilir. Bu sebeple doğru tahmini önemli olan kararlı ve kararsız sızma konusu üzerinde çok sayıda deneysel ve sayısal çalışma yapılmıştır. Zemindeki belirsizliklerin dikkate alınmaması sızmanın hatalı ve/veya eksik hesaplanmasına yol açabilir. Bu nedenle sızma analizlerinde sonlu elemanlar yönteminin de sıklıkla kullanıldığı ve bu belirsizliklerin dikkate alındığı olasılıksal analizler yapılmaya başlanmıştır. Olasılıksal analizlerde ise mekansal değişkenlik genellikle göz ardı edilmiştir. Bu kapsamda mevcut çalışmada İstanbul'un Büyükçekmece ilçesinde yer alan Büyükçekmece Barajı gövdesinde oluşan kararlı ve kararsız sızma, mekansal değişkenliği dikkate alan ve almayan iki model oluşturularak incelenmiştir. Yapılan çalışmada, zemindeki belirsizlikler göz önüne alınarak, öncelikle, kil çekirdeği oluşturan zemine ait permeabilite değerlerinin istatistiksel parametreleri belirlenmiştir. Ardından bu parametreler kullanılarak Python yazılım dilinde permeabilite değeri için log-normal dağılıma sahip rastgele değerler üretilmiştir. Üretilen bu değerler her iki modelde de Monte Carlo simülasyonu ile PLAXIS 2D programında yapılan sızma analizlerinin girdileri olarak kullanılmıştır. Elde edilen iki modele ait sonuçlar birbirleriyle ve deterministik olarak elde edilen sonuçlarla kıyaslanmıştır. Yapılan çalışma ile kil çekirdekli dolgu barajları oluşturan zeminlerin permeabilite değişkenliklerinin sızma davranışı üzerindeki etkisi olasılıksal olarak incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda kil çekirdeğin permeabilitesinin varyasyon katsayısındaki artışın toplam sızma ve sızma hızını azalttığı, mekansal değişkenliğin dikkate alınmasının toplam sızma miktarını önemli ölçüde değiştirebileceği sonuçlarına ulaşılmıştır.

Abstract:
Seepage is defined as the continuous and unpreventable movement of water from the upstream part to the downstream part of the dam, but it must be kept below a certain threshold in the design of embankment dams. Seepage outside the design projections can reduce the service performance of the dam and in extreme cases, it can result in failure of the dam as a result of piping or internal erosion. For this reason, many experimental and numerical studies have been carried out for accurate estimation of steady and transient seepage. Failure to consider the uncertainties in soils may lead to an incorrect and/or underestimation of seepage. For this reason, recently probabilistic analyses that frequently employ finite element analyses have been conducted, in which these uncertainties are taken into account. Spatial variability is generally ignored in probabilistic analyses. In this context, in the present study, steady and transient seepage for the Büyükçekmece Dam located in the Büyükçekmece district of Istanbul has been examined by creating two models, one of which considers the spatial variability. In the study, first of all, the statistical parameters of the permeability values of the soil forming the clay core were determined. Then, using these parameters, random values with log-normal distribution were generated for the permeability value via Python. These produced values were used as inputs for the finite element-based seepage analyses in PLAXIS 2D with Monte Carlo simulation for both models. The results of the two models were compared with each other and with those of the deterministic analyses. As a result of the analyses, it was concluded that the increase in the coefficient of variation of the permeability of the clay core reduces the calculated total seepage and seepage rate, and taking into account the spatial variability can significantly change the estimated total seepage amount.