Jet enjeksiyonu ile iyileştirilmiş zeminlerin tekrarlı yükler altındaki davranışlarının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of cyclic behavior of soils improved by jet grout columns
Yazar: EKREM ÖZER ERÖZKAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DEVRİM ŞÜFA ERDOĞAN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Sıvılaşma, suya doygun gevşek, orta sıkı kum, siltli kum, türü zeminlerde, sismik yükler sırasında meydana gelen hacim değişimi eğilimlerine (temel olarak sıkışma yönünde) bağlı olarak gelişen aşırı boşluksuyu basıncı davranışı ve sonucunda meydana gelen kayma dayanımı ve rijitlik kayıplarını kapsayan genel bir olgudur. Sıvılaşmanın önlenmesi için birçok zemin iyileştirme yöntemi geliştirilmiş olmakla beraber Türkiye'de en yaygın olarak kullanılan yöntem, zemin içerisinde, mevcut zemin kullanarak, yüksek kayma ve bulk modülüne sahip kolonlar oluşturma esasına dayanan jet enjeksiyon yöntemidir. Jet enjeksiyonu uygulamasının  sismik yükler altındaki bir zeminin tepkisini ne yönde değiştirdiği konusu ile ilgili olarak literatürde yok denecek kadar az deneysel veri bulunmaktadır. Dolayısı ile bu konudaki sayısal çalışmalardan elde edilen bulgular davranışın anlaşılması anlamında aydınlatıcı olmaktadır. Oluşan boşluk suyu basıncını dikkate almayan toplam gerilme tabanlı analizler sayısal çalışmaların genelini oluşturmaktadır.

  Bu tez çalışması kapsamında, sonlu farklar yöntemi ile çalışan Flac3d kullanılarak, jet enjeksiyonu ile iyileştirilmiş zeminlerin dinamik zemin tepkisi davranışları efektif gerilme tabanlı sayısal analizler yardımı ile incelenmiştir.  Nümerik analizler iyileştirilmemiş ve jet grout kolonları ile iyileştirilmiş kum zemin profillerinde gerçekleştirilmiştir. İyileştirilmemiş zemin profilinde gerçekleştirilen parametrik analizler, profilin gevşek, orta sıkı ve sıkı durumları için yapılmıştır. Profil tabanından uygulanan tekrarlı ivmenin maksimum genliği 0.05g olup, analizler 1, 5,10 ve 20 Hz frekans değerleri için ayrı ayrı yapılmıştır. 

Jet kolonlara sahip zemin profilinde ise nümerik analizler, jet kolonlarının sıvılaşma direncine olan etkisini incelenmesi için oluşturulmuştur. Nümerik analizde zemin  profili için iki farklı sıkılık değeri dikkate alınırken, jet kolonların birbirlerine olan net açıklıklarının sabit tutulup kesit alanlarının büyütülmesinin iyileşmeye olan etkisi serbest zemin profili verileri ile kıyaslamalı olarak incelenmmiştir. Ayrıca bahsi geçen bölgede, sıvılaşmaya yönelik değişimler boşluk suyu basıncı oranı açısından da ele alınmıştır. Üç boyutlu dinamik analizlerden elde edilen; ivme, yer değiştirme, gerilme, deformasyon, boşluk suyu basıncı, boşluk suyu basıncı oranı, ortalama efektif gerilme verilerinin sonuçları değerlendirilmiştir.  

Anahtar Sözcükler: Jet Kolonu, Sonlu Farklar Yöntemi, Mohr-Coulomb, Byrne, Boşluk suyu Basıncı Oranı, Sıvılaşma, Zemin İyileştirme, Lineer Olmayan Nümerik Analiz

Abstract:
Liquefaction is a phenomenon in which loose, medium saturated sands, silty sands and silty clayey sands exhibit considerable shear induced volume change tendencies during seismic loads and excess porewater pressures occur giving way to large decrease in shear strength and stiffness of soils. Jet grout or jet injection method is a widely used soil improvement technique against liquefaction in Turkey.  There is an experimental lack in literature considering seismic site response behaviour of soils improved by jet grout technique. Therefore, numerical analysis becomes a guide for the estimation of the behaviour of such soils.  Total stress-based analyzes, which do not take into account the pore water pressure development, constitute the overall numerical studies. 
In the context of this thesis, on dynamic site response behaviour of jet-grout improved sites are numerically analysed by effective stress-based numerical analysis using finite-difference based code Flac3d. Analysis have been conducted on both unimproved and improved soil profiles. Parametric analysis considering unimproved case include loose, medium dense and dense states of the soil profile. In addition, cyclic input acceleration of 0.05g amplitude with frequencies of 1, 5,10 and 20 Hz are considered in parametric analysis considering unimproved case.
Numerical analyzes were performed to investigate the effect of jet columns on liquefaction resistance in the soil profile with jet columns. In the numerical analysis, while taking into account two different compactness values for the soil profile, the effect of the net clearance of the jet columns to the improvement of the amplification of the cross-sectional areas was examined in comparison with the unimproved soil profile data. In addition, changes in liquefaction in the mentioned region are also considered in terms of the pore water pressure ratio. Obtained from three-dimensional dynamic analysis; acceleration, displacement, stress, deformation, pore water pressure, pore water pressure ratio, mean effective stress data results were evaluated.
Keywords: Jet Column, Finite Differences Method, Mohr-Coulomb, Byrne, Pore Water Pressure Ratio, Liquefaction, Soil Improvement, Nonlinear Numerical Analysis