Sıvılaşmanın nümerik yöntemlerle modellenmesi

Abstract

Depremler sırasında yapıların zarar görmesine neden olan önemli etkenlerden birisi temel zemininde taşıma gücü kaybının ortaya çıkmasıdır. Temel zemininin kumlu zeminlerden oluşması durumunda sıvılaşma, taşıma gücü kaybının başlıca nedeni olmaktadır.Bu çalışmada, zeminlerde sıvılaşmaya yol açan etkenlere ve mekanizmalara açıklık getirmek amacı ile bir seri sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizlerde LASS III (Dikmen,1979) bilgisayar yazılımı kullanılmış, nümerik modelde zemin davranışını modelleyen malzeme parametrelerinin değerleri parametrik çalışmalar ile belirlendikten sonra, sıvılaşmayı etkilediği bilinen faktörlerden en önemlilerinin değişken değerleri ile arazi davranış analizleri gerçekleştirilmiştir. Nümerik analizlerde 20m kalınlığında uniform bir kum tabakasının davranışı, 1999 Kocaeli depremi Arçelik kaydı taban kayasında etkiyen bir yer hareketi olarak kullanılarak incelenmiştir.Yeraltı su seviyesi zemin yüzüne yakın kabul edilmiş, derinliğinin zemin davranışını ve sıvılaşma oluşumunu büyük oranda etkilediği gösterilmiştir. Kumun sıkılık derecesi ve su geçirgenliği ile sarsıntı şiddetinin sıvılaşma üzerinde etkisi ayrıntılı olarak incelenmiştir.Gerçekleştirilen analizler sonucunda, yüksek geçirgenliğe sahip (k=10-2 m/sn) kum çökellerinde, sarsıntı şiddeti ve sıkılık derecesinden bağımsız olarak, sıvılaşma oluşmadığı gözlemlenmiştir. Sıvılaşmaya yol açan boşluk suyu basınçlarının sarsıntı şiddeti yanında kumun permeabilitesi ve sıkılık derecesinden doğrudan etkilendiği gösterilmiştir. Deprem hareketinin iki yatay bileşeninin birlikte etkimesinin analizlerde gözönüne alınması, sıvılaşma oluşumu ve derinliği üzerinde iki yönlü yer hareketlerinin oldukça büyük olumsuz etkileri olacağını göstermiştir. Tek yönlü yer hareketi etkisinde sıvılaşma derinliğinin 10m'yi aşmadığı, gevşek olmayan kumlarda 6-7m ile sınırlı olduğu, ancak iki yönlü yer hareketleri etkisinde sıvılaşma derinliğinin 15 m'yi geçebileceği gözlenmiştir.Analiz sonuçları zemin yüzünde uygulanan sürşarj yüklerinin sıvılaşma direncini önemli oranda 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 sıvılaşan tabaka derinliği artmaktadır. Gerçekleştirilen az sayıda analiz deprem hareketinin özelliklerinin de zemin davranışı üzerinde önemli etkileri olabileceğini göstermiştir.