Geotechnical Investigation of a Construction-Site Failure: Insights from Field and Numerical Analyses

Abstract

This study provides a comprehensive evaluation of the causes of slope instability occurring at a construction site characterized by complex geotechnical conditions. It is well established that slope stability problems rarely arise from a single factor; rather, they are the result of interactions among multiple parameters such as soil lithology, plasticity characteristics, discontinuities, groundwater level, rainfall–infiltration processes, dynamic loading conditions, and excavation geometry. In this context, the subsurface profile of the study area was thoroughly characterized through field borehole investigations, laboratory tests, and groundwater observations. The slope behavior was subsequently analyzed under static, pseudo-static, and seepage-induced conditions using the finite element method. The analysis results indicate that groundwater level and drainage conditions substantially increase pore-water pressures along critical slip surfaces, thereby triggering instability. Consistent with existing literature, even minor variations in soil engineering parameters were observed to produce significant changes in the factor of safety, while inadequate drainage conditions accelerated the loss of stability. Overall, the study systematically addresses the multifactorial nature of slope instability from an engineering perspective and presents a comprehensive assessment that integrates field data with advanced numerical modeling. The findings contribute to the development of safe, optimized, and technically robust slope design solutions under complex geotechnical conditions.

Keywords

• Slope stability
• Groundwater effects
• Finite element analysis
• Geotechnical investigation

Bir İnşaat Sahasındaki Zemin Probleminin Geoteknik İncelemesi: Arazi ve Sayısal Analizlerden Elde Edilen Bulgular

Öz

Bu çalışma, karmaşık jeoteknik koşullara sahip bir şantiye alanında meydana gelen şev dengesizliğinin nedenlerine yönelik kapsamlı bir değerlendirme sunmaktadır. Şev stabilitesi problemlerinin çoğunlukla tek bir faktörden kaynaklanmadığı; bunun yerine, zemin litolojisi, plastisite özellikleri, süreksizlikler, yeraltı su seviyesi, yağış–infiltrasyon süreçleri, dinamik yükleme koşulları ve kazı geometrisi gibi birden fazla parametrenin etkileşimi sonucu ortaya çıktığı iyi bilinmektedir. Bu bağlamda, çalışma alanının yeraltı profili sondaj çalışmaları, laboratuvar deneyleri ve yeraltı suyu gözlemleriyle ayrıntılı şekilde belirlenmiştir. Şev davranışı daha sonra statik, yarı-statik ve sızıntı kaynaklı koşullar altında sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Analiz sonuçları, yeraltı suyu seviyesi ve drenaj koşullarının kritik kayma yüzeyleri boyunca boşluk suyu basınçlarını önemli ölçüde artırdığını ve bu durumun dengesizliği tetiklediğini göstermektedir. Literatürle tutarlı olarak, zemin mühendisliği parametrelerindeki küçük değişimlerin bile güvenlik katsayısında belirgin farklılıklara neden olduğu, yetersiz drenaj koşullarının ise stabilite kaybını hızlandırdığı gözlenmiştir. Genel olarak çalışma, şev dengesizliğinin çok faktörlü doğasını mühendislik bakış açısıyla sistematik biçimde ele almakta ve saha verilerini ileri düzey sayısal modelleme ile bütünleştiren kapsamlı bir değerlendirme sunmaktadır. Bulgular, karmaşık jeoteknik koşullarda güvenli, optimize edilmiş ve teknik açıdan sağlam şev tasarım çözümlerinin geliştirilmesine katkı sağlamaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Şev stabilitesi
• Yeraltı suyunun etkileri
• Sonlu elemanlar analizi
• Geoteknik araştırma

References

1. [1] Erdağ, A. (2021). Slope Stability Evaluation of Basement Excavation: A Case Study. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 9(5), 1936-1948.
2. [2] Li, L., Wang, Y., Zhang, L., Choi, C., & Ng, C. W. (2019). Evaluation of critical slip surface in limit equilibrium analysis of slope stability by smoothed particle hydrodynamics. International Journal of Geomechanics, 19(5), 04019032.
3. [3] Pınarlık, M., Kardoğan, P. S. Ö., & Demircan, R. K. (2017). Şev stabilitesine zemin özelliklerinin etkisinin limit denge yöntemi ile irdelenmesi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 5(3), 675-684.
4. [4] Khan, M. I., Fei, J., Chen, X., & Chen, Y. (2025). Usage of permeability ratio to check the stability of a pile-soil model with retaining wall support–Huizhou slope failure as a case study. International Journal of Geo-Engineering, 16(1), 7.
5. [5] Park, S., Kim, W., Lee, J., & Baek, Y. (2018). Case study on slope stability changes caused by earthquakes—focusing on Gyeongju 5.8 ML EQ. Sustainability, 10(10), 3441.
6. [6] Erdağ, A., & Kardoğan, P. S. Ö. (2022). Experimental study on plastic waste application for soil stabilization. Environmental Engineering & Management Journal (EEMJ), 21(9).
7. [7] He, Y., Li, B., & Du, X. (2023). Soil Slope Instability Mechanism and Treatment Measures under Rainfall—A Case Study of a Slope in Yunda Road. Sustainability, 15 (2), 1287.
8. [8] Çavuşoğlu, İ., & Alemdağ, S. (2025). Taş Ocağında Patlatmalı Kazı Kaynaklı Zemin Titreşimleri, Hava Şoku ve Şev Duraylılığının İncelenmesi: Örnek Bir Uygulama. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 11(2), 557-571.

9. [9] Karaca, G. B. G., Ordu, Ş., & Ordu, E. (2025). Katı Atık Depolama Sahalarındaki Stabilite Sorunlarının Araştırılması. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 11(1), 70-88.
10. [10] Ün, B., & Yıldız, A. (2021). Şev stabilitesi probleminin geri analizle çözümü: örnek bir vaka. Academic Platform-Journal of Engineering and Science, 9(1), 174-181.
11. [11] Erdağ, A., & Kardoğan, P. S. Ö. (2022). Experimental study on plastic waste application for soil stabilization. Environmental Engineering & Management Journal (EEMJ), 21(9).
12. [12] Kardoğan, P. Ö., & Erdağ, A. (2022). The Effects of Construction Waste on Climate Change: Is a More Green Construction Industry Possible?. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 10(4), 1222-1231.
13. [13] Erdağ, A., Çetin, B., & Fırat, S. (2025). Evaluation of resilient modulus and permanent deformation of steel slags and subgrade soil stabilized with geogrid material. Construction and Building Materials, 471, 140640.
14. [14] Erdağ, A., Fırat, S., Fares, M. Y., Işık, N. S., & Cetin, B. (2025). Performance evaluation of geogrid-stabilized steel slag layer of pavement under repeated cyclic loading. Transportation Geotechnics, 101603.
15. [15] Oztekin, B., Topal, T. A. M. E. R., & Kolat, C. (2006). Assessment of degradation and stability of a cut slope in limestone, Ankara-Turkey. Engineering Geology, 84(1-2), 12-30.
16. [16] AFAD (2018). Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı. https://www.afad.gov.tr/ (Erişimtarihi: 5.10.2018)
17. [17] Poulos, H. G., & Small, J. C. (2000). ground slabs. Design Applications of Raft Foundations, 39.
18. [18] Rocscience Inc., Slide 2D Manual, Version 6.020, 2012.
19. [19] Bentley Advancing Infrastructure ،Manual Models Material for Plaxis 2D ،Connect Edition V22.00 ,2021.