Sıvılaşabilir Zeminlerde Hacimsel Sıkışma ve Genişleme Eğilimlerinden Kaynaklanan Doğrusal Olmayan Davranışın Bir Boyutlu Dinamik Zemin Tepkisi Analizlerine Etkisi

Year 2017, Volume: 2 Issue: 2, 12 - 27, 29.12.2017

Devrim Erdoğan

Abstract

Suya doygun granüler bir
zeminin dinamik yükler altında sergileyeceği davranışı temsil edecek zemin
modelinin hem sıvılaşma anına kadar gelişen süreci ve hem de sıvılaşma sonrası
süreci modelleme kapasitesine sahip olması gerekmektedir. Sıvılaşma sonrası
süreç özellikle yanal yayılma ve boşluksuyu basınçlarının sönümlenmesine bağlı
oturmaların belirlenmesi anlamında önemlidir. Öte yandan, sıvılaşma, ana
kayadan zemin yüzeyine iletilen kuvvetli yer hareketini genlik, frekans ve süre
anlamında değiştirmektedir. Bu değişim, sıvılaşma öncesi ve sonrası süreçlerde,
zeminin hacim değişimi eğilimlerine bağlı olarak rijitlik ve kayma dayanımı değişimlerinden
kaynaklanmaktadır. Özellikle, sıvılaşmaya yakın çok düşük seviyelerdeki efektif
gerilmelerde ve daha çok orta sıkı ve sıkı suya doygun granüler zeminlerde
meydana gelen genişleme yönündeki hacim değişimi eğilimleri aşırı boşluksuyu
basınçlarının düşmesini sağlayarak efektif gerilme düzeyinin ve dolayısı ile
rijitlik ve kayma dayanımında artışa neden olmaktadır. Böylece sıvılaşmaya çok
yakın gerilme durumu mevcut olsa bile anlık rijitlik artışları, zeminin
deformasyon yapabilme kabiliyetini artırmaktadır. Çevrimsel hareketlilik (sınırlı
sıvılaşma) olarak tanımlanan bu davranış, zemin yüzeyinde, taban kayasına göre
genliği, frekans içeriği ve süresi artmış bir ivme-zaman ilişkisinin elde edilmesine
neden olmaktadır. Öte yandan, başlangıç kayma gerilmelerinin mevcut olması
durumu bu davranışın ortaya çıkmasını kolaylaştırmaktadır. Bu çalışma
kapsamında, Cyclic1D bir boyutlu zemin tepkisi modülü içerisinde mevcut bulunan
ve çevrimsel hareketlilik davranışını modelleme kapasitesine sahip olan
Pressure-Dependent Multi-Yield Surface Plastisite modeli kullanılarak, 20 m.
derinliğinde orta sıkı kum zemin profilinde yatay zemin yüzeyi (a=0°) ve  eğimli zemin yüzeyi (a=3° ve a=8°) durumları için parametrik
analizler gerçekleştirilmiştir. Analizler taban kayasından sinüzoidal olarak
uygulanan 0.05g, 0.2g ve 0.4g genliğindeki, 1Hz. frekansındaki ve 10 sn. süren yanal
ivmeler için gerçekleştirilmiştir. Parametrik analizler yardımı ile yatay ve
eğimli zemin yüzeyi durumlarında, çevrimsel hareketlilik davranışını ortaya
çıkaran etkenler araştırılmıştır.

Keywords

Sıvılaşma, çevrimsel hareketlilik

References

• Beliceli, A. (2006). Eskişehir Yerleşim Yeri Zeminin Büyütme Etkisinin Makaslama Dalga Hızına Bağlı Olarak Belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Balıkesir Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü. Balıkesir, Türkiye. Bonilla, L., Archuleta, R., Lavallee D (2005). Hyste-retic and Dilatant Behaviour of Cohesionless Soils and their Effects on Nonlinear Site Response: Field Data Observations and Modelling. Bulletin of Seis-mological Society of America, 95(6), 2373-2395.
• Boulanger, R.W., Zioyopoulou, K. (2015). PM4SAND: A Sand Plasticity Model For Earthqua-ke Engineering Applications. UCD/CGM-15/01 Re-port, University OF California. California, USA.
• Bray, J., Boulanger, Cubrinovski. M., Tokimatsu, K., Kramer., S., O’Rourke, T., Rathje, E., Green, R., Ro-bertson, P., Beyzaei, C. (2017). U.S.-NewZealand-Japan International Workshop On Liquefaction Induced Ground Movement Effects, University of California, 2016. PEER Report2017. California, USA.
• Elgamal, A., Dobry, R., Parra, E., Yang, Z. (1998). Soil Dilation and Shear Deformations During Liquefaction. Proceedings of the 4th. International Conference On Case Histories in Geotechnical Enginee-ring. Missauri University of Science and Techno-logy.1238-1259.
• Elgamal A., Yang, Z., Parra, E., Ragheb, A. (2003). Modelling of Cyclic Mobility in Saturated Cohesion-less Soils. International Journal of Plasticity. 19, 883-905.
• Elgamal, A. (2014). Site Liquefaction. Stress-Strain Response. Stress-Strain Models. Site Response. Late-ral Deformation. Course Notes. Universidad Naciao-nal de SanJuan, Argentina.
• Gingery, R. (2014). Effects of Liquefaction On Earthquake Ground Motions. PhD.Thesis. University of California, SanDiego.
• Iai, S., Matsunaga, Y. and Kameoka, T. (1992a). Strain space plasticity model for cyclic mobility. Soils and Foundations, 32(2), 1-15.
• Iai, S., Matsunaga, Y. and Kameoka, T. (1992b). Analysis of undrained cyclic behavior of sand un-der anisotropic consolidation. Soils and Foundations. 32(2), 16-20.
• Iai S, Ozutsumi O. (2005). Yield and cyclic behavi-our of a strain space multiple mechanism model for granular materials. International Journal for Numeri-cal and Analytical Methods in Geomechanics. 29(4), 417-442.
• Iai S. (2005). International standard (ISO) on seis-mic actions for designing geotechnical works – An overview. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 25, 605-615.
• Iai S, Tobita T. (2006) Soil non–linearity and effects on seismic site response. In Proc 3rd International Symposium on the Effects of Surface Geology on Seis-mic Motion. Grenoble, France, 21-46.
• Iai S, Tobita T, Ozutsumi O, Ueda K. (2011). Dila-tancy of granular materials in a strain space mul-tiple mechanism model. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 35(3), 360-392.
• Iai S, Tobita T, Ozutsumi O. (2013). Induced fabric under cyclic and rotational loads in a strain space multiple mechanism model for granular materials. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 37(2), 150-180.
• Iai S, Tobita T, Ozutsumi O. (2013). Evolution of fabric in a strain space multiple mechanism model for granular materials. International Journal for Nu-merical and Analytical Methods in Geomechanics. 37(10), 1326-1336.
• Ishihara, K. (1996). Soil Behaviour In Earthquake Geotechnics. Oxford University Press. P.350.
• Kramer, S., Elgamal, A. (2001). Modelling Soil Liquefaction Hazards for Performance Based Earthquake Engineering. PEER Report 13.
• Kramer, S., Hartvigsen, A., Sideras, S., Özener, P. (2011). Site Response Modelling in Liquefiable Soil Deposits. 4th. IASPEI / IAEE International Symposium On Effects of Surface Geology On Seismic Motion. Uni-versity of California, Santa Barbara. 1-12.
• Oral, S. (2014). Effective Stress Based Constitutive Modelling And Assesment of Seismic Pile-Soil Inte-ration In Liquefiable Soils, PhD Thesis. Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara.
• Parra, E. (1996). Numerical modeling of liquefac-tion and lateral ground deformation including cyc-lic mobility and dilation response in soil systems. Ph.D. thesis. Troy, N.Y.: Dept. of Civil Engineering, Rensselaer Polytechnic Institute.
• Yang, Z. (2000). Numerical Modeling of Earthquake Site Response Including Dilation and Liquefaction. Doktora Tezi, Columbia Universitesi.
• Yang,Z., Elgamal, A., Parra, E. (2003). A Computa-tional Model for Liquefaction and Associated Shear Deformation. Journal of Geotechnical and Geoenvi-ronmental Engineering, ASCE, 129(12).