Türkiye'de örnek bir termik santral atık (cüruf) depolama sahasının statik ve dinamik stabilite tahkikleri
Static and Dynamic Stability Assessments of a Representative Thermal Power Plant Slag Disposal Site in Türkiye
- Tez No: 1015624
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ENDER BAŞARI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Manisa Celal Bayar Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geoteknik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kömürle çalışan termik santraller, taban kül (bottom ash) dâhil olmak üzere büyük miktarlarda kömür yanma yan ürünleri üretmektedir. Bu malzemeler genellikle termik santrallere ait depolama sahalarında bertaraf edilmektedir. Bu depolama alanlarının uzun dönemli stabilitesi, özellikle sismik olarak aktif bölgelerde önemli bir geoteknik sorun olarak değerlendirilmektedir. Bu tez kapsamında, Kütahya'da bulunan kömürle çalışan bir termik santrale ait örnek bir taban kül depolama sahasının statik ve dinamik şev stabilitesi kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Çalışma; taban kül malzemesinin ayrıntılı geoteknik karakterizasyonunu, limit denge ve sonlu elemanlar yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilen statik stabilite analizlerini, beş farklı deprem yer hareketinin dört farklı pik yer ivmesi seviyesine (0.10 g, 0.25 g, 0.50 g ve 1.0 g) ölçeklenerek gerçekleştirildiği dinamik analizleri ve temel malzeme ile geometrik parametrelerin şev stabilitesi üzerindeki etkilerini değerlendirmek amacıyla yapılan parametrik duyarlılık analizlerini kapsamaktadır. Geoteknik karakterizasyon sonuçları, taban külün ağırlıklı olarak kum boyutlu danelerden oluştuğunu ve Birleşik Zemin Sınıflandırma Sistemine göre siltli kum (SM) ve kötü derecelenmiş kum (SP) olarak sınıflandırıldığını göstermektedir. Malzemenin içsel sürtünme açısı yaklaşık 34° olup kohezyon değeri ihmal edilebilir düzeydedir. Özgül ağırlık değerlerinin (2.151 ve 2.008) doğal zeminlere kıyasla daha düşük olması, malzemenin hafif ve gözenekli yapısını yansıtmaktadır. Mevcut depolama sahasının konfigürasyonu için gerçekleştirilen statik stabilite analizleri (Senaryo A), yani taban külün setlerin her iki tarafında bulunduğu durum için, farklı limit denge yöntemlerine göre 3.44 ile 3.79 arasında değişen güvenlik sayıları ile oldukça yüksek bir stabilite göstermiştir. Bu sonuçlar sonlu elemanlar analizi ile de doğrulanmış olup güvenlik sayısı 3.67 olarak elde edilmiştir. Buna karşılık, mansap tarafında taban kül desteğinin bulunmadığı kritik kesit konfigürasyonu (Senaryo B) için yapılan analizlerde, genel güvenlik sayılarının 1.45 ile 1.66 arasında değiştiği görülmüş ve mansap tarafındaki taban kül birikimlerinin önemli bir payanda etkisi sağladığı ortaya konmuştur. Dinamik analiz sonuçları, taban külün düşük sarsıntı seviyelerinde dahi (0.10 g PGA) sıvılaşmaya karşı hassas olduğunu göstermiştir. Bu durum, sıvılaşmış bölgelerde yaklaşık 100 kPa seviyesine ulaşan aşırı boşluk suyu basınçları ve 1.0'a yaklaşan boşluk suyu basıncı oranları ile ortaya çıkmıştır. Gevşek taban kül tabakası ile altında bulunan daha rijit doğal zemin arasındaki empedans zıtlığı nedeniyle, şev tepesinde sismik hareketlerin önemli ölçüde büyütüldüğü gözlenmiştir. Ortalama büyütme katsayıları 2.066 ile 2.437 arasında değişmektedir. Ayrıca, deprem hareketlerinin frekans içeriğinin de incelenen şev modeli boyunca sismik dalgaların büyütülmesini etkilediği belirlenmiştir. Deprem sonrası stabilite değerlendirmeleri, statik koşullara kıyasla güvenlik sayısında önemli azalmalar olduğunu göstermiştir. Senaryo A için 1.0 g PGA seviyesinde güvenlik sayısı yaklaşık 1.414'e düşerek %61–62 oranında bir azalma göstermiştir. Senaryo B için ise yerel güvenlik sayıları 1.0 g PGA seviyesinde birin altına (≈0.975) düşmekte ve küresel stabilite korunmasına rağmen yüzeysel göçmelerin meydana gelebileceğini göstermektedir. Parametrik duyarlılık analizleri, içsel sürtünme açısı, şev açısı ve birim hacim ağırlığının şev stabilitesini kontrol eden en etkili parametreler olduğunu ortaya koymuştur. Şev açısı 25°'ye kadar olan taban külü şevlerinin statik koşullar altında 1,5'ten büyük güvenlik sayıları sağlayabildiği belirlenmiş, daha dik şevlerin ise daha düşük stabiliteye sahip olduğu görülmüştür. Dilatans açısının güvenlik sayısı üzerinde orta düzeyde etkili olduğu, elastisite modülü ve Poisson oranının ise incelenen aralıklarda güvenlik sayısı üzerinde ihmal edilebilir etkiler gösterdiği belirlenmiştir. Elde edilen bulgular doğrultusunda, mühendislik uygulamaları için bazı öneriler sunulmuştur. Bu öneriler arasında sıvılaşma riskinin azaltılması için uygun drenaj sistemlerinin tasarlanması, set malzemelerinin yeterli sıkıştırma ile inşa edilmesi, şev açılarının 25° ile sınırlandırılması ve payanda etkisini artırmak amacıyla taban külünün setlerin her iki tarafına dengeli şekilde depolanması yer almaktadır.
Özet (Çeviri)
Coal-fired thermal power plants generate large quantities of coal combustion by-products, including bottom ash, which is commonly disposed of in thermal power plants disposal sites. The long-term stability of these disposal sites is a critical geotechnical concern, particularly in seismically active regions. This thesis presents a comprehensive investigation of the static and dynamic slope stability of a representative coal-fired thermal power plant bottom ash disposal site located in Kütahya, Turkey. The study encompasses detailed geotechnical characterization of bottom ash material, static stability analyses using both limit equilibrium and finite element methods, dynamic analyses considering five earthquake ground motions scaled to four peak ground acceleration levels (0.10 g, 0.25 g, 0.50 g, and 1.0 g), and parametric sensitivity analyses to evaluate the influence of key material and geometric parameters on slope stability. The geotechnical characterization reveals that bottom ash consists predominantly of sand-sized particles, classified as silty sand (SM) and poorly graded sand (SP) according to the Unified Soil Classification System, with a friction angle of approximately 34° and zero cohesion. The specific gravity values (2.151 and 2.008) are significantly lower than those of natural soils, reflecting the lightweight and porous structure of the material. Static stability analyses for the existing facility configuration (Scenario 1), where bottom ash is present on both sides of the embankments, demonstrate excellent stability with factor of safety values ranging from 3.44 to 3.79 across different limit equilibrium methods, confirmed by finite element analysis (Gs = 3.67). In contrast, the critical section configuration (Scenario 2), where downstream bottom ash support is absent, shows substantially reduced stability with genel factors of safety ranging from 1.45 to 1.66, highlighting the significant buttressing effect of downstream bottom ash deposits. Dynamic analyses reveal that bottom ash is susceptible to liquefaction even at low shaking intensities (0.10 g PGA), with excess pore pressures reaching approximately 100 kPa and pore pressure ratios approaching 1.0 in liquefied zones. Significant amplification of seismic motions is observed at the slope crest, where the bottom ash material is directly located over the natural ground due to the impedance contrast between the loose bottom ash layer and the underlying stiffer natural soil. Mean amplification factors range from 2.066 to 2.437. The frequency content of the input motions also affects the amplification of seismic waves throughout the studied slope model. Post-earthquake stability assessments show dramatic reductions in the factor of safety compared to static conditions, with values converging to approximately 1.414 at 1.0 g PGA for Scenario 1, representing a 61–62% reduction. For Scenario 2, local factors of safety drop below unity (≈0.975) at 1.0 g PGA, indicating the potential for shallow failures even when genel stability is maintained. Parametric sensitivity analyses revealed that the internal friction angle, slope angle, and unit weight are the most influential parameters controlling slope stability. It was determined that bottom ash slopes with slope angles up to 25° can provide factors of safety greater than 1.5 under static conditions, whereas steeper slopes exhibit lower stability. The dilation angle was found to have a moderate effect on the factor of safety, while the elastic modulus and Poisson's ratio showed negligible effects within the investigated ranges. Based on these findings, recommendations are proposed for engineering practice, including proper drainage design to mitigate liquefaction, adequate compaction of embankment materials, limiting slope angles to 25° to maintain stability, and symmetric deposition of bottom ash on both sides of embankments to enhance buttressing support and improve overall stability.
Benzer Tezler
- Çatalağzı termik santralinin kömür kullanımından doğan çevre etkilerinin incelenmesi
Investigation of the environmental effects of coal usage at Çatalağzı power plant
SEMRA PERÇİNEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
Jeoloji MühendisliğiZonguldak Karaelmas ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM BUZKAN
- Atık depolanmasının ve endüstriyel atıklardan termik santral küllerinin maden ocaklarında depolanmasının incelenmesi
Başlık çevirisi yok
ELİF ALGURKAPLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞİNASİ ESKİKAYA
- Kömürlü termik santrallerde meydana gelen kazalar için insan güvenilirlik değerlendirmesi yöntemi üzerine kavramsal bir model ve uygulaması
A conceptual model and case study on the method of human reliability assessment for accidents in coal fired thermal power plants
AKİDE ÇERÇİ ÖĞMEN
Doktora
Türkçe
2023
Kazalarİstanbul Ticaret Üniversitesiİş Sağlığı ve Güvenliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL EKMEKCİ
- Türkiye'de enerji yatırımlarının finansmanında uluslararası çevresel ve sosyal standartların incelenmesi ve ulusal çevresel etki değerlendirme standartlarına göre değerlendirilmesi
Investigation of international environmental and social standards in energy investments in Turkey and assessment of the differences between national environmental impact assessment standards
BÜŞRA ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İZZET ÖZTÜRK
