The Estimation of the Residual Shear Strength of High Plastic Clays Based on Direct Shear Test Results

Öz

Landslides are the most common incidents with a rate of 45% considering the distribution of natural disaster numbers to disaster types. In order to make remedial measures for the landslides, the residual shear strength parameters formed in the shear plane during the landslide must be estimated as close to the reality as possible. These parameters can be determined by multi-reversal direct shear, ring shear tests, back calculations, correlations in the literature by means of physical properties of the soil. The difficulty of predicting the groundwater conditions during landslide is obvious and it directly affects the residual shear strength values ​​when shear strength parameters are determined using the back analysis method. On the other hand, residual shear strength parameters obtained from the literature can give a wide range. Besides, ring shear tests are not commonly performed in laboratories and depending on the type of soil, multi reveral direct shear tests may need to be performed at very low speeds. Relatively long test time adversely affects the practical use of the multi reversal direct shear tests. In this study, the relationship between peak and residual shear strength in normally consolidated high plastic clays was studied within the framework of the above restrictions. Firstly, the empirical correlation between the residual shear strength and the index porperties and peak shear strength was predicted by evaluating the results of the studies in our country's literature. Then, the results obtained from the multi reversal direct shear tests with remoulded high plastic clay samples and the predicted values ​​were compared.

Anahtar Kelimeler

• Landslide,residual shear strength,peak shear strength,direct shear test

Yüksek Plastisiteli Killerde Rezidüel Kayma Direncinin Direkt Kesme Deneyi Sonuçları Kullanılarak Tayin Edilmesi

Öz

Heyelanlar doğal afet sayılarının afet türlerine göre dağılımı dikkate alındığında %45 ile en sık karşılaşılan doğa olaylarıdır. Heyelan çözüm projelerinin yapılabilmesi için heyelan sırasında kayma düzleminde oluşan rezidüel kayma dayanımı parametrelerinin gerçeğe en yakın şekilde tahmin edilmesi gerekir. Söz konusu parametreler, tekrarlı direkt kesme ve halka kesme deneyleri yapılarak tayin edilebildiği gibi, geri analiz ya da zeminin fiziksel özellikleri yardımıyla literatürdeki korelasyonlar kullanılarak da öngörülebilmektedir. Kayma dayanımı parametreleri geri analiz yöntemi kullanılarak tayin edilirken, yeraltı suyu durumunun rezidüel kayma dayanımı değerlerini direkt olarak etkilediği bilinmektedir. Ayrıca, heyelan sırasındaki yeraltı suyu durumunun gerçeğe yakın olarak öngörülmesinin zorluğu aşikârdır. Öte yandan, literatürden elde edilen rezidüel kayma dayanımı parametreleri oldukça geniş bir aralıkta sonuçlar verebilmektedir. Tüm bunların yanı sıra, halka kesme deneyleri laboratuvarlarda yaygın olarak yapılmamakta, yaygın olarak yapılan tekrarlı direkt kesme deneylerinin ise zemin cinsine bağlı olarak çok düşük hızlarda yapılması gerekebilmektedir. Bu sebeple, deney süresi deneylerin pratikte kullanımını olumsuz yönde etkilemektedir. Yukarıda belirtilen kısıtlamaların çerçevesinde bu çalışmada normal konsolide ve yüksek plastisiteli killerde pik ve rezidüel kayma direnci açıları arasındaki ilişki incelenmiştir. Araştırmanın ilk kısmında ülkemiz literatüründeki çalışmaların sonuçları değerlendirilerek, kalıcı kayma direnci ile zemin indeks ve pik kayma direnci arasında ampirik bağıntılar öngörülmüştür. Daha sonra, örselenmiş yüksek plastisiteli kil numunelerle yapılan tekrarlı direkt kesme deneyleri yapılmış, elde edilen sonuçlar ile önerilen bağıntılar karşılaştırılmıştır. 

Anahtar Kelimeler

• Heyelan,rezidüel kayma dayanımı,pik kayma direnci,direkt kesme deneyi

Kaynakça

1. [1] Bishop, A.W., Green, G. E., Garga, V.K., Andresen, A., Brown, J.D. "A New Ring Shear Apparatus and Its Application to the Measurement of Residual Strength", Geotechnique 21, No. 4: 273-328, (1971).
2. [2] Hatipoğlu, M. “Kalıcı Kayma Mukavemetinin Laboratuvar Deneyleri ile Belirlenmesi”, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul, (2012).
3. [3] Yılmaz, E., "Zeminlerin Endeks Özelliklerinin Kalıcı Kayma Mukavemetine Etkisi", Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul, (2006).
4. [4] İyisan, R., Çevikbilen, G., Koltuk, S., Yılmaz, E., “Sıkıştırılmış Zeminlerde Kalıcı Kayma Mukavemetinin Belirlenmesi”, Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Onbirinci Ulusal Kongresi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Eylül 7-8, (2006).
5. [5] Koltuk, S., “Zeminlerin Kalıcı Kayma Mukavemetinin Halka Kesme Deneyi ile Belirlenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul, (2005).
6. [6] Ataç, A.E., “Plastisitenin Kalıcı Kayma Mukavemetine Etkisi”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul, (2009).
7. [7] Ürkmez, A.R., "Kalıcı Kayma Mukavemetinin Tekrarlı Kesme Kutusu Deney Yöntemi ile Belirlenmesi", Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul, (2009).
8. [8]_İyisan, R., Çevikbilen. G., Hatipoglu M., Ürkmez A.R., Ataç A.E., “Yüksek Plastisiteli Killerin Kalıcı Kayma Direnci” 3. Geoteknik Sempozyumu, Çukurova Üniversitesi, Adana, (2009).

9. [9] Bayın, A. ,“Plastisitenin Kalıcı Kayma Mukavemetine Etkisi”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul, (2011).
10. [10] Stark, T. D., & Eid, H. T., "Drained Residual Strength of Cohesive Soils". Journal of Geotechnical Engineering, 120(5):856-871, (1994).
11. [11] Skempton A.W., “Long-term Stability of Clay Slopes, Geotechnique, 14 (2): 75-101, (1964).
12. [12] Skempton, A. W., Leadbeater, A. D., & Chandler, R. J. ,"The Mam Tor Landslide, North Derbyshire”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 329(1607), 503- 547, (1989).
13. [13] Saleh, A. A., & Wright, S. G., "Shear Strength Correlations and Remedial Measure Guidelines for Long-Term Stability of Slopes Constructed of Highly Plastic Clay Soils" (No. FHWA/TX-98/1435-2F), (1997).
14. [14] Abramson, L. W., Lee T.S., Sharma, S., Boyce G.M, "Slope Stability and Stabilization Methods". John Wiley & Sons, Second Edition, San Francisco, (2002).
15. [15] Mesri, G., & Cepeda-Diaz, A. F., "Residual Shear Strength of Clays and Shales". Geotechnique, 36(2): 269-274, (1986).
16. [16] Mesri ,G. & Shahien, M., A., “Residual Shear Strength Mobilized in First-Time Slope Failures”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 129(1): 12-31, (2003).
17. [17] Hawkins & Privett, Measurement and Use of Residual Shear Strength of Cohesive Soils”, Ground Engineering, 18(8):22-28, (1985).
18. [18] Lupini, J. F., Skinner, A. E., Vaughan, P. R. "The Drained Residual Strength of Cohesive Soils." Geotechnique, London, England, 31(2): 181-213, (1981).
19. [19] Skempton, A. W., “Residual Strength of Clays in Landslides, Folded Strata and The Laboratory.” Geotechnique, 35(1), 3–18, (1985).
20. [20] BS 1377-7:1990 "Methods of Test for Soils for Civil Engineering Purposes, Shear Strength Tests (total stress)".
21. [21] Sorensen K.K. & Okkels N.,”Correlation Between Drained Shear Strength And Plasticity Index of Undisturbed Overconsolidated Clays”, Proceedings of The 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris, Presses des Ponts, 1:423–428, (2013).
22. [22] Ameratunga J., Sivakugan N., Das B.M., “Correlations of Soil and Rock Properties in Geotechnical Engineering”, Springer, India (2016).
23. [23] Bjerrum, L. & Simons, N.E., “Comparison of Shear Strength Characteristics of Normally Consolidated Clays”, Proc. ASCE Research Conf. On Shear Strength of Cohesive Soil, Boulder, 711-726, (1960).
24. [24] Bowles, J. E., “Foundation Analysis and Design”. McGraw-Hill Book Company, New York, (1988).