Sıvılaşmanın nümerik yöntemlerle modellenmesi
Modelling of liquenfaction by numerical methods
Yazar: MURAT TONAROĞLU
Danışman: PROF. DR. KUTAY ÖZAYDIN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Depremler sırasında yapıların zarar görmesine neden olan önemli etkenlerden birisi temelzemininde taşıma gücü kaybının ortaya çıkmasıdır. Temel zemininin kumlu zeminlerdenoluşması durumunda sıvılaşma, taşıma gücü kaybının başlıca nedeni olmaktadır.Bu çalışmada, zeminlerde sıvılaşmaya yol açan etkenlere ve mekanizmalara açıklık getirmekamacı ile bir seri sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizlerde LASS III (Dikmen,1979) bilgisayar yazılımı kullanılmış, nümerik modelde zemin davranışını modelleyenmalzeme parametrelerinin değerleri parametrik çalışmalar ile belirlendikten sonra, sıvılaşmayıetkilediği bilinen faktörlerden en önemlilerinin değişken değerleri ile arazi davranış analizlerigerçekleştirilmiştir. Nümerik analizlerde 20m kalınlığında uniform bir kum tabakasınındavranışı, 1999 Kocaeli depremi Arçelik kaydı taban kayasında etkiyen bir yer hareketi olarakkullanılarak incelenmiştir.Yeraltı su seviyesi zemin yüzüne yakın kabul edilmiş, derinliğinin zemin davranışını vesıvılaşma oluşumunu büyük oranda etkilediği gösterilmiştir. Kumun sıkılık derecesi ve sugeçirgenliği ile sarsıntı şiddetinin sıvılaşma üzerinde etkisi ayrıntılı olarak incelenmiştir.Gerçekleştirilen analizler sonucunda, yüksek geçirgenliğe sahip (k=10-2 m/sn) kumçökellerinde, sarsıntı şiddeti ve sıkılık derecesinden bağımsız olarak, sıvılaşma oluşmadığıgözlemlenmiştir. Sıvılaşmaya yol açan boşluk suyu basınçlarının sarsıntı şiddeti yanındakumun permeabilitesi ve sıkılık derecesinden doğrudan etkilendiği gösterilmiştir. Depremhareketinin iki yatay bileşeninin birlikte etkimesinin analizlerde gözönüne alınması, sıvılaşmaoluşumu ve derinliği üzerinde iki yönlü yer hareketlerinin oldukça büyük olumsuz etkileriolacağını göstermiştir. Tek yönlü yer hareketi etkisinde sıvılaşma derinliğinin 10m'yiaşmadığı, gevşek olmayan kumlarda 6-7m ile sınırlı olduğu, ancak iki yönlü yer hareketlerietkisinde sıvılaşma derinliğinin 15 m'yi geçebileceği gözlenmiştir.Analiz sonuçları zemin yüzünde uygulanan sürşarj yüklerinin sıvılaşma direncini önemlioranda arttırdığını ve sıvılaşma derinliğinin azalması sonucunu doğurduğunu göstermektedir.Uniform kum tabakası içinde daha az geçirgen bir tabakanın mevcut olması durumunda,depremler sırasında boşluk suyu basıncı oluşumu önemli ölçüde etkilenmekte, daha azgeçirgen tabakanın hemen altında büyük basınç artışları meydana gelmekte ve sıvılaşantabaka derinliği artmaktadır. Gerçekleştirilen az sayıda analiz deprem hareketininözelliklerinin de zemin davranışı üzerinde önemli etkileri olabileceğini göstermiştir.Anahtar Kelimeler: Sıvılaşma, sayısal modelleme, efektif gerilme analizi

Abstract:
Loss of bearing capacity is one of the major causes of earthquake damage on structures.Liquefaction phenomenon is an important factor leading to loss of bearing capacity when thesandy soil deposits comprise the foundation layers.In this study, a series of numerical analyses are carried out to shed light on factors affectingliquefaction and the mechanisms involved. The numerical analyses are performed with thecomputer code LASS III (Dikmen, 1979). The values of constants needed for the materialmodel employed are determined by performing a parametric study through a series ofanalysis.An extensive number of site response analyses are performed on a typical soil profile in whichthe values of parameters known to affect liquefaction are varied within expected ranges. Thesoil profile analysed comprised of an uniform sand deposit 20 m thick underlaid by bedrock.The 1999 Kocaeli Earthquake Arçelik strong motion record is used as the bedrock motion toanalyse the field behavior.The ground water level is considered to be shallow, and results of numerical analysis havedemonstrated the importance of ground water level on the development of liquefaction and itsdepth. The effects of the relative density of the sand deposit and its permeability are studiedextensively, being subjected to ground motions of different shaking intensities.The results of analyses have shown that for highly permeable sands (i.e. k = 10â2 m / s ) therisk of liquefaction is negligible regardless of density and shaking intensity if only onehorizontal component of the earthquake motion is considered in the analysis. When the sanddeposit is subjected to both horizontal components of the earthquake motion, a large adverseaffect on the pore pressure accumulation and development of liquefaction are observed. Thedepth of liquefaction is shown to be less than 10 m under strong ground motions (limited to 6-7 m in medium dense sands) when the soil deposit is subjected to only one horizontalcomponent, whereas it might exceed 15 m?s when both horizontal components are effective.The results of numerical analyses have also demonstrated that surcharge loading at the groundsurface can lead to a considerable degree of increase in liquefaction resistance and itseffective depth. On the other hand, presence of a less permeable layer in the sand deposit isshown to have an adverse effect, leading to development of large pore pressures under the lesspermeable layer and increase in the depth of liquefaction. A limited number of analyses haveindicated that the characteristics of the earthquake motion can also have a large influence onsoil behavior.Key Words: Liquefaction, numerical modelling, effective stress analysis