Burulmalı kesme deney aleti ile zeminlerin dinamik davranış özelliklerinin belirlenmesi

The eveluation of cyclic behavior of soil with torsional shear test

Tez No: 143084
Yazar: SELİM ALTUN
Danışmanlar: PROF. DR. ATİLLA ANSAL
Tez Türü: Doktora
Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 2003
Dil: Türkçe
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
Sayfa Sayısı: 222

Özet

Son yıllarda meydana gelen özellikle Kocaeli (1999), Kobe (1995) ve daha birçok büyük depremde kum zeminlerde (ve hatta siltli kum veya kumlu sütte) meydana gelen büyük kapsamlı sıvılaşma olayları tekrarlı yüklerin zeminlerde oluşturduğu dinamik etkinin önemini ve boyutunu bir kez daha ortaya koymuştur. Niigata ve Alaska (1964) depremlerinde suya doygun zeminlerde ortaya çıkan büyük şekil değiştirmeler ve göçmeler sonucunda bu zeminlerin drenaj sız şartlardaki dinamik davranış özellikleri incelenmeye başlamıştır. Depremin neden olduğu tekrarlı kayma gerilmelerinin zeminin fiziksel ve mühendislik özelliklerine bağlı olarak zeminlerde oldukça farklı boyutlarda deformasyonlara yol açtığı ve bundan dolayı zeminin kayma mukavemetinin azaldığı, gerilme-deformasyon özellilerinin değiştiği bilinmektedir. Bu mukavemet kaybı, zemin türü ve özellikleri ile ele alındığında zeminlerin tekrarlı yükler altında oldukça farklı dinamik davranış ve gerilme-şekil değiştirme özellikleri gösterdikleri görülmektedir. Bu yüzden değişik türdeki yüklere maruz olan zeminlerin davranış özellikleri de her bir zemin türünde oldukça farklı tepkilerle ortaya çıkmaktadır. Özellikle suya doygun gevşek kumların gerek hızlı monotonik gerekse tekrarlı yükler altında ortaya koydukları deformasyon yumuşaması ile beraber mukavemetlerim hızla kaybetme özellikleri bu tür zeminleri diğerlerinden oldukça farklı kılmaktadır. Tekrarlı yükler etkisindeki zeminlerin davranış özellilerinin araştırılmasında hem arazide hem de laboratuvarda yapılabilen deneylerden yararlanılır. Laboratuvarda gerçekleştirilen deneylerde tabiattaki gerilme ve şekil değiştirme koşullan yaklaşık olarak sağlanabilmektedir. Fakat araziden alınan numunelerdeki az da olsa meydana gelen örselenme veya yeniden oluşturulan numunelerdeki fiziksel özellik farklılıkları zemin numunesinin davranış biçimini etkilemektedir. Bu nedenle laboratuvar deneylerinden elde edilen bulguların arazi deneyleriyle desteklenmesi çok kullanılan bir yaklaşım yöntemidir. Bu kapsamda son elli yıl içerisinde gerek laboratuvarda gerekse arazide zeminlerin dinamik özelliklerini belirlemek amacıyla çeşitli deney sistemleri geliştirilmiştir. Farklı zemin özellikleri ve yükleme koşullarında zeminlerin gerilme-şekil değiştirme davranışı, kayma mukavemeti değişimi ve diğer dinamik zemin parametrelerini gerek deneysel olarak ve gerekse sayısal teknikler ve bünyesel denklemlerle desteklenmiş model çalışmaları ile araştırmak günümüz laboratuvar ve bilgisayar teknolojisiyle daha da kolay hale gelmiştir. Zeminlerin elastik, elasto-plastik ve plastik davranış özellikleri bu yaklaşımlarla birlikte ele alınmaktadır.Zeminlerin tekrarlı yükler altındaki davranış özelliklerini tespit etmek amacıyla yapılan deneysel ve teorik çalışmalarda zeminin cinsi ve fiziksel özelliklerinin yam sıra yükleme koşullarının da bu özellikler üzerinde oldukça fazla etkisinin olduğu belirlenmiştir. Özellikle suya doygun gevşek kum zeminlerin tekrarlı yükler altında diğer zemin türlerinde rastlanmayan bir davranış özelliği gösterdiği bilinmektedir. Depremler veya hızlı yüklemeler esnasında kum içerisindeki suyun dışarıya çıkamaması kum zeminlerin mukavemet özelliklerini oldukça etkilemektedir. Bu amaçla suya doygun kumların tekrarlı yükler altındaki dinamik davranış özelliklerini belirlemek amacıyla laboratuvar koşullarında konsolidasyonlu drenaj sız dinamik deneyler yapmak uygun olmaktadır. Bu çalışma kapsamında suya doygun ince taneli uniform kumların ve siltli zeminlerin drenaj sız şartlarda, belirli gerilme koşullarında ve tekrarlı yükler altındaki dinamik davranış özellikleri ile asal gerilme eksenlerinin döngüsünün bu özelliklere etkisi içi boş silindirik burulmalı kesme aleti ile deneysel olarak araştırılmıştır. İçi boş silindirik burulmalı gerilme deney aleti laboratuvar koşullarında zeminlerin tekrarlı yükler altodaki gerilme-şekil değiştirme ve mukavemet özelliklerinin araştırüabildiği bir deney aletidir. Bu deney sisteminde, oldukça uniform gerilme dağılımları ile zeminlerin gerilme-şekil değiştirme ve mukavemet özellikleri farklı koşullar altında belirlenebilmektedir. Bu amaca bağlı olarak yapılan deneysel çalışmalar, yeniden oluşturulmuş kumlar ve siltli zeminlerle sadece belirli zemin ve yükleme koşullarında gerçekleştmlmiştir. Bu çalışma kapsamında yapılan deneyler Ishihara ve Towhata (1983) tarafından kullanılan ve İstanbul Teknik Üniversitesi Zemin Mekaniği Laboratuvan'nda bulunan içi boş silindirik burulmalı kesme deney aletinin geliştirilmiş bir modeliyle gerçekleştirilmiştir. Deney sistemi düşey eksenel kuvvet, Fz, burulma momenti, T, iç hücre basıncı, />, ve dış hücre basıncı, p0 dış hıvvetierinin otomatik olarak ölçülüp kaydedilebmııesimn yam sıra düşey eksenel yer değiştirme, AH, burulma açısı, A0, iç hücre hacim değişimi, AVt ve numune hacim değişimi, 4F7nin belirlenmesine olanak tanımaktadır. Bu hassas ölçümler numunenin gerilme ve şekil değiştirme büyüklüklerini tam olarak ortaya koymaktadır. Bu gelişmeyle beraber gerilme izlerinin belirlenmesinde daha kesin sonuçlar elde edilebilmektedir. İşi boş burulmalı kesme deneyinden elde edilen sonuçların yorumlan, tüm numuneyi tam dairesel bir silindirmiş gibi düşünüp, deformasyona uğrayan tek bir elemanmış gibi dikkate alarak yapılır. Silindirin duvarı boyunca farklı yükleme koşullarında gerilmeler değiştiği için, hesaplamaları ortalama gerilme ve şekil değiştirme kavramlarına göre yapmak gerekli olur. Genel olarak gerilmelerin duvar boyunca değişimi“zeminin bünyesel kuralları”na bağlıdır. Numune duvarı boyunca gerilme bileşenlerinin en son numune boyutları ve uygulanan yükler cinsinden ortalamaları ve yine ortalama şekil değiştirme bileşenleri yapılan deneyler sonucunda belirlenebilmektedir. Bunlar dört adet gerilme bileşeni olan ortalama düşey eksenel gerilme, erz, ortalama kayma gerilmesi, c£& çevre gerilmesi, og ve radyal gerilme, &r ile dört adet şekil değiştirme bileşeni eksenel şekil değiştirme artımı, % radyal şekil değiştirme artanı, e,, çevresel şekil değiştirme artımı, 8e ve kayma şekil değiştirme artımı, e^ ve son olarak boşluk suyu basmcı, u dur. Bu gerilme ve şekil değiştirme bileşenlerinin ortalama değerler olduğu her zaman hatırlanmahdır. Aynı zamanda bu çalışmadaki bütün gerilmelerin efektif gerilmeleri temsil ettiği bilinmelidir.İçi boş silindirik numunedeki ortalama gerilme bileşenleri numune duvarı boyunca gerilmelerin dağılımı kabulüne göre hesaplanır. İçi boş silindirik bir numunenin duvarı boyunca oluşan gerilme dağılımı tam olarak bilinmediği için an ae, crz ve azg. gerilmelerinin saptanmasında bazı belirsizlikler vardır. Bu yüzden gerilme dağılımı için bazı kabullerin yapılması gerekmektedir: 1) uniform düşey eksenel gerilme, az, 2) çevre gerilmesi, ag ve radyal gerilme, , efektif çap, D/r=0.13 mm., ortalama tane çapı, Ds(f=0. 17 mm. dir. Taş Tozu ise değişik oranlarda silt içeriğine sahip kumlu ve sütü zemin sınıflarına girmektedir. Taş Tozu-I ve Taş Tozu-Ü gruplarında ele alman zeminlerin sırası ile özgül ağırlıklan, Gsr2.12 ve Gsf=2.73, üniformluk katsayılan, Ucı=\ 125 ve î/e2=5.08, ortalama tane çaplan, Z>5of=0.8 mm. Z>50/=0.025 mm dir. Toyoura Kumu ile yürütülen deneyler, kuru yağmurlama metoduyla Dj=%35, %50, %60 ve %75 rölatif sıkılık değerlerini elde edebilmek için sırasıyla 10-15, 15-20, 20-25 ve 25-30 cm. yükseklikten sekiz tabaka halinde dökülerek oluşturulan gevşek ve orta sıkılıktaki numuneler ile gerçeMeştirilmiştir. CO2 geçirme tekniği kullanılarak ve 20 kN/m2 değerinde ters basınç uygulanarak numunenin, Skempton B değeri 0.96 ve üstü olacak şekilde doygunlaşması sağlanmıştır. Taş Tozu zeminlerinde ise aynı numune hazırlama yöntemi ile sadece Drs%35 rölatif sıkılığında hazırlanarak aynı şekilde suya doyurulmuştur.Bu çalışmada, belirlenen amaç doğrultusunda yürütülen deneyler, yine Japonya Geoteknik Birliği (JGS) tarafından yayınlanan deney standarüanna ve yöntemlerine (JGS-2000) uygun bir metotla gerçekleştirilmiş ve sonrasında yorumlanıp değerlendirilmiştir.Bu çalışma kapsamında yapılan bütün deneyler gerilme kontrollü olarak drenajsız koşullarda gerçeMeştirilmiştir. Yine asal eksen yönlerinin döngüsünün incelendiği deneyler hariç deneylerin tamamı 0.1 Hz sabit frekansında sinüzoidal dinamik yükleme koşullarında yapılmıştır. Sonradan oluşturulan kum numuneler ile iki kısmı deney gerçekleştirilmiştir. Yapılan ilk kısım deneylerde dinamik burulma gerilmesi belirli bir değerde sabit tutularak (uniform yükleme) numuneler kesilmiştir. İkinci kısmı deneylerde ise numunelere küçük artanlarla manuel bir şekilde burulma yüklemesi yapılarak artan gerilme koşullannda zeminlerin dinamik davranış özellikleri incelenmiştir. Yapılan ikinci kısım deneylerde ilk aşamada küçük gerilme değerlerinde beşer çevrimde bir arttınlan (multi-stage) dinamik yüklemeler yaparak kayma deformasyonlarmın elastik sınırlar içinde olduğu bölgede zeminin dinamik gerilme ve şekil değiştirme özellikleri araştırılmıştır. Birinci aşama bitirilip deney sonlandırıldıktan sonra yeni ayarlamalar yapılarak ikinci aşama deney kısmına başlanmıştır. Bu aşamada numuneye kesilinceye kadar yine beşer çevrimde bir arttalan daha büyük gerilme değerlerinde dinamik yüklemeler uygulanmış ve plastik deformasyon koşullarında zeminin dinamik mukavemet özellikleri incelenmiştir. Böylece iki aşamalı deney süreci tamamlanmış ve bu iki aşama birleştirilerek kayma modülünün ve sönüm oranın birim şekil değiştirme genliğine bağlı olan değişim eğrileri elde edilmiştir. Gerilme-şekil değiştirme ilişkisini niteleyen histerisis ilmiklerinin oluşumundan elde edilen kum zemine ait kayma modülünün ve sönüm oranının değişimi her bir deney için belirlenebilmektedir. Kayma modülü ve sönüm oranı eğrileri elde edilirken uygulanan beşer çevrimlik gerilme değerlerinin beşinci çevrimindeki gerilme-şekil değiştirme değerleri dikkate alınmıştır. Efektif çevre gerilmesi zeminlerin gerek monotonik gerekse dinamik davranış özelliklerim etkileyen en önemli faktörlerden birisi olmuştur. Bu çalışma kapsamında da izotropik koşullarda ve artan gerilme genlikleri uygulanarak yürütülen deneyler ile suya doygun kum zemine ait kayma modülü ve sönüm oranının birim şekil değiştirme genliğine bağlı olarak değişimi farklı çevre gerilmesi ve başlangıç konsolidasyon koşullarında elde edilmeye çalışılmıştır. Çevre basıncındaki artışla beraber dinamik kayma modülü azalım eğrisinin sağa doğru kaymakta olduğu yapılan deneyler sonucunda belirlenmiştir. Zeminlerin gerilme-şekil değiştirme özelliklerini etkileyen önemli faktörlerden birisi de çevrim sayısıdır. Uygulanan tekrarlı yüklemeler altında çevrim sayışırım ilerleyişi ile beraber zemine ait dinamik parametrelerde değişiklikler meydana gelmektedir. Bu amaçla beşer çevrimlik periyotlarda uygulanan gerilme artışları ile kum zemine ait kayma modülü ve sönüm oram değişim eğrileri bütün çevrim değerleri için elde edilmiştir. Beşer çevrimlik periyotların birinci, üçüncü ve beşinci çevrimlerine ait kayma modülü ve sönüm oram değerleri ayrı ayrı belirlenmiştir. Çevrim sayısındaki artış kayma modülü değerlerinde doğru orantılı bir değişim etkisi oluştururken sönüm oram değerlerinde bir azalmaya yol açmaktadır. Bir başka deyişle aynı gerilme genliğinin uygulanması durumunda artan çevrim sayılan ile beraber kayma modülü ve sönüm oranına ait değişim eğrileri sağa doğru kaymaktadır. Değişik rölatif sıkılıktaki kum numuneleriyle gerçekleştirilen deneylerden ise G~y ilişkisine ait azalım eğrileri elde edilmiştir. Bu deney sonuçlarından farklı rölatif sıkılık değerlerinin dinamik kayma modülü üzerindeki etkisi görülebilmektedir. Kum zemine ait boşluk oram değerinin zeminin dinamik parametreleri üzerinde belirgin bir etkiye sahip olduğu anlaşılmaktadır. Suya doygun kumlar ve siltli zeminler drenajsız şartlarda tekrarlı gerilmelere maruz kalırken artan boşluk suyu basıncı ve oluşan şekil değiştirme genlikleriyle beraber numunede meydana gelen mukavemet kaybı gerilme izleri de kullanılarak bu çalışmada yürütülen farklı türdeki deneylerle belirlenmeye çalışılmıştır. Başlangıç koşullarmdaki değişikliklerin bu zemin özelliklerini ne şekilde etkilediği de bu koşullarda yapılan değişikliklerle incelenmiştir. Ayrıca tekrarlı yükler altındaki kum zeminlerin asal eksen yönlerinde oluşan döngülerin zemin davranışı üzerinde yaptığı değişiklikler de incelenmeye çalışılmıştır. Suya doygun kumlu ve siltli zeminlerde meydana gelen sıvılaşma veya deformasyon yumuşaması olaylarına neden olan faktörlerin başında gelen çevrim sayısı miktanmn bu olayların oluşması veya gelişmesine yaptığı etki, diğer faktörlerin etkileri araştırılırken elde edilen değişim eğrilerinde de açık bir şekilde görülebilmektedir. Bu deney sonuçlarında sıvılaşmaya ulaşırken gerekli olan çevrim sayışırım uygulanan gerilme oranına karşı çok hassas bir şekilde değiştiği görülmektedir. İzotropik koşullarda farklı çevre gerilmelerinde konsolide edilmiş zemin numuneleri belirli bir genlikteki uniform Durulmalı gerilme uygulanarak sıvılaşması için gereken çevrim sayılan belirlenmiştir. Bu deneylerden elde edilen sonuçlar ile çevre gerilmesinin kumlu ve siltli zeminlerin sıvılaşma özelliklerine olan etkisi belirlenmiştir. Çevre basıncmdaki artış kumlu ve siltli zeminlerin aynı tekrarlı gerilme genliğinde daha küçük çevrim sayılarında veya aynı çevrim sayısında daha küçük kayma gerilmesi genliklerinde sıvılaşmasma yol açmaktadır. Yani artan çevre basınçları zeminlerin sıvılaşma potansiyelini artırmaktadır. Kumlarda ve siltli zeminlerde gerçekleştirilen bir seri deneyde anizotropik gerilme durumunun tekrarlı yükler altındaki zeminlerin davranışlarına yaptığı tesirleri belirlemek amacıyla başlangıçta anizotropik koşullarda konsolide edilen kumlu ve siltli numunelerin farklı uniform burulmalı gerilmeler altında mukavemet ve sıvılaşma özelliklerinin saptanmasına çalışılmıştır. Yapılan deneylerde anizotropik koşullarda konsolide edilen kumların aynı çevrim sayısında izotropik yükleme koşullarına sahip kumlara göre daha küçük kayma gerilmesi değerlerinde sıvılaştığı görülmüştür. Bir başka deyişle de Ko değerindeki artışın etkisiyle kum zeminlerin tekrarlı yükler altındaki mukavemetleri zayıflattığı anlaşılmıştır. Siltli zeminlerde ise kumlara görülen bu davranışın tersi bir davranış gözlenmiştir. Kum ve siltli zeminlerde içi boş silindirik burulmalı kesme deney aleti ile yürütülen artan gerilme genlikli deneylerde kayma gerilmesi genliğinin, ilave boşluk suyu basıncının ve birim şekil değiştirmenin çevrim sayışma bağlı olarak değişimi elde edilebilmektedir. Bu deney sonuçlan değerlendirildiğinde tekrarlı yüklemelere maruz kalan zeminlerde boşluk suyu basıncı ve birim şekil değiştirmenin belirli bir seviyeden sonra hızla arttığı görülmektedir. Siltli zeminlerde yürütülen deneylerde silt içeriğinde yapılan değişikliklerin zeminlerin dinamik mukavemet özelliklerine etkisi incelenmiştir. Asal gerilme eksen yönlerinin döngüsünün kumlamı dinamik davranış özellikleri üzerindeki etkisini belirleyebilmek amacıyla belirli yükleme koşullan oluşturularak burulmalı dinamik kesme deneyleri yürütülmüştür. Bu tür yükleme koşullarında gerçekleştirilen uniform burulmalı yükleme uygulamasına ilaveten her bir çevrimde düşey gerilme değeri, uygulanan burulma gerilmesi genliğine bağlı olarak belirli bir değişime tabi tutulmuştur. Bu yükleme türünde asal gerilme yönlerinin sürekli olarak belirli bir sistem dahilinde döndüğü söylemek mümkündür. Bu koşullardaki bir yükleme ile zeminde oluşturulan normal ve kayma gerilmelerinin değiştirilmesi sayesinde asal gerilme eksen yönleri -45° ile +45° leri arasında sürekli olarak dönmektedir. Yapılan bu deneylerle asal gerilme eksenlerinin döngüsünün zeminlerin dinamik davramşlan üzerindeki etkisi araştrnîmaya çalışılmıştır. Kumlarda gerçekleştirilen bu deneylerden elde edilen sonuçlar sürekli döngünün olmadığı deney sonuçlan ile karşılaştınlmıştır. Asal gerilme ekserderinin sürekli döngüsü kumlamı sıvılaşmaya karşı direncini yaklaşık %10 civarında azaltmaktadır.

Özet (Çeviri)

Recently, strong earthquakes (Kocaeli, 1999; Kobe, 1995) induced a range of liquefaction behavior in sand (also silty sand or sandy silt) and this event emphasized the importance of dynamic effects of cyclic loading on soil behavior. The results of serious deformation and failure occurring in saturated sand in Niigata and Alaska (1964) earthquakes, necessitated the investigation the undrained cyclic behavior of this type of soil. It is known that cyclic shear stresses induced by earthquake, cause a range of shear strain due to granular and index properties of soil and thus losing shear strength of soil and changing stress-strain behavior. Considering this decreasing of shear strength and regarding the type and properties of sou, reviewed that soils under cyclic loading show quite different dynamic behavior and stress-strain properties. Hence, soil behavior under different type of loading, changes depending on soil type. In particular, saturated loose sands differ from the other type of soils because of losing quickly their shear strength due to strain softening under cyclic or fast monotonic loading. Both laboratory and field study have been used to investigate the soil behavior under cyclic loading. The stress-strain conditions of soil in situ are constituted nearly in laboratory performed tests. But, the even little disturbance occurred in the sample from field or the differences of physical properties in reconstituted sample affect the behavior of soil sample. Thus, supporting the laboratory investigatipn from field study is mostly used method. The different testing systems both in laboratory and field have been developed to investigate the cyclic properties of soil during last five decades. The investigation of the stress-strain behavior, change of shear strength and the other dynamic characteristics of soil in different soil properties and loading conditions have been more easy using both experimental and numerical techniques and model studies supported by constitutive equations in the present laboratory and computer technology. The elastic, elasto-plastic and plastic behavior of soil have been study considering with this approach. In the experimental and theoretical studies in order to determine the behavior of soil under cyclic loading, it is evaluated that besides type and physical properties of soil, the loading conditions influence on such behavior of soil. It is known that, especially, saturated loose sands under cyclic loading respond a different behavior differ from the other type of soils. During earthquake or fast loading, the strength properties of sand are quite affected because the water inside soil is not able to drain. Hence, it is suitable to perform consolidated-undrained cyclic tests in order to investigate the cyclic behavior of saturated sand. In this study, undrained dynamic properties of saturated uniform fine sand and silly soil in certain consolidation conditions and the effects of the rotation of principal stress axes were experimentally investigated using hollow cylindrical torsional shear apparatus. Hollow cylindrical torsional shear apparatus is one of the test apparatus developed to investigate the stress-strain and strength properties of soils under cyclic stresses in laboratory. In this study, changing in strength properties of saturated sand and silty soil having different physical characteristics under different test conditions was investigated with a series of torsional shear test. The tests performed with respect to these purposes were conducted on reconstituted sand and silty samples in certain physical properties and loading conditions. The tests presented in this study were performed using an improved version of the hollow cylindrical torsional shear apparatus employed by Ishihara and Towhata (1983) in Istanbul Technical University. The system in this apparatus allows the individual control of axial force Fv, torque T, inner cell pressure /?, and outer cell pressure p0 with automatic measurement and recording of those external forces, as well as axial displacement AH, torsional angle AO, inner cell volume change AV( and specimen volume change AVS. These accurate instrumentations were introduced to precisely measure the stress and displacements. With these improvements, more accurate results have become possible for wider variety of stress paths. Interpretation of results from hollow cylinder torsional test is made by considering the entire specimen as a single element deforming as a right circular cylinder. Since the stresses vary across the wall of cylinder for a variety of loading conditions, it is necessitated to evaluate of the stress and strain components as average values. In general, the distribution of the stress across the wall depends on the constitutive rules of soil. The stress components are averaged across the sample in terms of the applied loads and the current specimen dimensions and also the average strain components are able to be evaluated with results of performed tests. These are four-stress components, namely, average axial stress, az, average shear stress, az&, average effective circumferantial stresses, ere and average effective radial stress, ar and four strain components, namely, axial strain increment, Ez, radial strain increment, Er, circumferential strain increment, ee and shear strain increment, e*® and lastly, excess pore water pressure, u. It should always be remembered mat these stress components are average values. Also, all stresses denote effective stresses in this study. The average stress components in the hollow cylindrical specimen are derived assuming the distribution of stresses across the sample wall. Since the distribution of the stress across the wall of a hollow cylindrical specimen is unknown, some uncertainty exists in the evaluation of the stress ern era crz and aze. The assumed stress distributions are: 1) uniform axial stress cz, 2) linear elastic distribution of the hoop stress ag and the radial stress tjT, and 3) average of elastic and perfectly plastic distributions pf the shear stress aze. The average strain components assuming the specimen to remain a straight cylinder are derived in terms of the axial displacement AH, angular distortion of the specimen A6, changes of the inner and outer radius of the specimen which are calculated from inner cell volume change AVt and specimen volume change AVS, Ar0 and M, and the initial specimen dimensions, r0 and ri. The average components are evaluated based on the following distribution of displacements across the sample wall: 1) uniform axial displacement AH, 2) radial displacement, u, linearly varying across the wall, and 3) uniform angular distortion A6. In this study, all the tests were performed on Toyoura Sand which is Japanese standard sand and rock crashed material obtained from İstanbul-Ümraniye region. Toyoura Sand has quartz mineralogy and angular to sub-angular granular structure. This sand is classified as a uniform-fine sand and has emjn-einax==0.605-0.977, specific gravity, G/=2.65, uniformity coefficient, £/c=1.43, effective diameter, jD/0=O.13 mm., average grain size, Djo=017 mm. dir. Mine tailing materials which is investigated two main groups have specific gravities, Gsl=2.72 ve Gs2=2.73, uniformity coefficients, t/ci=1125 ve t/c2=5.08, effective diameters, Z>5or=0.8 mm. D5te=0.025 mm. The tests were performed on loose and medium dense Toyoura Sand samples prepared by air-pluviation method pluviating the sand through air, respectively, at a 10-15, 15-20, 20-25, and 25-30 cm. height to adjust the relative densities, Drs%35, %50, %60, %75. Using C02 filling technique and applying back pressure, 20 kPa., the sample is made saturated as Skempton B value 0.96 or higher. Same preperation method is used in mine tailing material, but the samples which have relative densities, DrS%35 is only prepared. In this study, due to the certain purpose, the tests were carried out appropriate to the laboratory test methods and standards published Japanese Geotechnical Society and afterwards the results were evaluated and interpreted. All the tests in this study were performed in stress-controlled and undrained conditions. The tests were made under sinusoidal cyclic loading in 0. 1 Hz frequency. Two series of cyclic tests were carried out on reconstituted sand samples. In the first group of tests, cyclic torsional stress was fixed at a certain value (uniform loading) and the samples were sheared. In the second group of the tests, firstly the sample was imposed by cyclic torsional loading with increasing slowly step by step, and the cyclic behavior of soil under increasing stress conditions was tried to evaluate. In first stage of this group of tests, cyclic loading was applied with small stress increments at the end of every fifth cycles (multi-stage) and then the stress-strain properties of soil were determined as shear strains were in the elastic stage. After the first stage was finished and test is stopped, new adjusting and calibrations and were made and second stage of the test was started. In this stage, the sample was again imposed by bigger amplitude of cyclic loading which is increased at every fifth cycles by manually until shearing and thus the strength properties of soil was evaluated in the plastic deformation conditions. Thus, the test procedure with two stages was completed and being joined these two stages together, the changing curves of the shear modulus and the damping ratio due to the shear strain were obtained. In the tests which is performed on sand using hollow cylinder torsional shear apparatus, the changes of the shear stress amplitude, the excess pore water pressure and the shear strain due to the number of cycles shall be determined. Evaluating these results, it is seen that the pore pressure and the shear strain increase rapidly in the soils under cyclic loading The changes of the shear modulus and the damping ratio of soils, obtained from the histeresis loops describing the relationship between stress and strain were able to be determined for each test. Obtaining the curves of the shear modulus and the damping ratios, it was considered the stress-strain values at the fifth cycle of every five cyclic loads. Effective confining stress has been one of the important factors affecting on both the cyclic and the monotonic behavior of soils. In this study, the changes of the shear modulus and the damping ratios depends on the shear strain amplitude were tried to determine in different confining stresses and initial consolidation conditions with performed tests. In the result of the performed tests, it seemed that the degradation curve of the dynamic shear modulus moved on the right side depends on the increment of the confining stress. One of the important factors affecting on the stress-strain properties of soils is the number of cycles. The changes occur in the dynamic behavior of soil under cyclic loading as the number of cycles increases. In this objective, the changing curves of the shear modulus and the damping ratio of sands for every cycles were obtained due to the increments of stress by five cycles. The values of the shear modulus and the damping ratio belonging to first, third and fifth cycle of five cycles periods were separately evaluated. Although the increment of the number of cycles caused a linear relation with the values of the shear modulus, a decrement for the values of the damping ratio. In other words, in the case of applied the same stress amplitude, the changing curves of the shear modulus and the damping ratio moved on the right side depends on the increment of the number of cycles. The degradation curves for G~y relation were obtained from the tests conducted on sands with different relative densities. Regarding these test results, it may be seen the effect of the values of different relative densities on the dynamic shear modulus. Therefore, it is understood that the void ratio of sand has a significant effect on the dynamic characteristics. The effect of the number of cycles, which is the leading factor causing the liquefaction or strain softening behavior in saturated sand and sity soils on the existence or generation of these phenomena was clearly observed on the changing curves obtaining from the investigation of the effects of the other factors. In results of these tests, it was observed that the number of cycles required to reach liquefaction was sensitively changing due to applied stress ratio Applying a certain amphtude-uniform torsional stress, the number of cycles required to cause liquefaction in isotropically consolidated sand and silty soils under different confining pressure was obtained. From results of these test, the effects of confining pressure on the liquefaction properties of sandy soil were determined. The increment of the confining pressure causes the liquefaction of sand at less number of cycles in the same stress amplitude or in less stress amplitude at the same number of cycles. In other words, increasing the confining pressure is increasing the liquefaction potential of sands.In a series of test performed on sand and silty soils, the strength and liquefaction properties of anisotropically consolidated sand and silty samples were evaluated under different amplitude of uniform torsional stress in order to determine the influences of anisotropic stress state on the behavior öf soil. In results of tests, it was seen that the anisotropically consolidated sand liquefied in the less shear stress amplitude than isotropically consolidated sand at the same number of cycles. But in silty soils behaves different from sands in anisotropic conditions. In other words, the effects of the increment of K« values reduce the liquefaction resistance of sand under cyclic loading. In the result of tests, effect of silt content on the cyclic strength properties of mine tailing materials was able to investigated. It was seen that the rate of silt content affected the liquefaction potential of soils. The dynamic properties of silty soil and clean sand was also compared. In this study, as the saturated sands and silty soils were imposed by cyclic shear stress under undrained condition, because of the increment of the excess pore pressure and shear strength amplitude, the loss of the shear strength of the sample was evaluated in different kind of tests using also stress paths of soil. How the changes of the initial conditions effects on these soil properties was investigated in the manner of changing these conditions. Furthermore, the influence of the rotation of principal stress axes of soils under cyclic loading on soil behavior was investigated. In order to determine the influence of the rotation of principal stress axes on the cyclic behavior of sands, a series of torsional shear tests were carried out in certain loading conditions. In these loading conditions, the vertical load in addition the torsional load was cyclically applied in every cycles depending on the torsional stress amplitude. Therefore, the direction of the principal stress axes rotated continuously between -45° and +45° since the normal and shear stress occurring in the soil element change in systematically. The results of these test performed of sands were compared to no rotation state of principal stress axes. It was seen that the continuous rotation of the principal stress axes decreased about 10% the resistance of liquefaction of sands. xxn

Benzer Tezler

Tez No
154689
Siltli ve killi zeminlerin tekrarlı yükler altındaki davranışı
The cyclic behavior of silty and clayey soils under cyclic loads
MEHMET BARIŞ CAN ÜLKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
İnşaat Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYFER ERKEN
Tez No
166397
Silt tabakalı kum zeminlerin tekrarlı yükler altındaki dinamik davranışları
Dynamic behaviors of sands including silt layers under cyclic loads
HÜSEYİN TUNÇOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
İnşaat Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYFER ERKEN
Tez No
737064
Standart altı geniş betonarme kolonların yön değiştiren tekrarlı yükler altında davranışı, modellenmesi ve değerlendirilmesi
Behavior, modeling, and assessment of substandard wide reinforced concrete columns under reversed cyclic loads
BİLAL SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Deprem Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ
Tez No
166302
Çelik tüp ile güçlendirilmiş kolon sarılma bölgelerinin davranışı
Behaviour of reinforced concrete coloumns retrofitted with steel tubes
CİHANGİR SARMANLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
İnşaat Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALPER İLKİ
Tez No
753493
Mevcut betonarme binaların burkulması önlenmiş çaprazlar (BÖÇ) ile davranış kontrollü güçlendirilmesi
Response control retrofit of existing RC buildings using buckling restrained braces (BRB)
AHMET BAL
Doktora
Türkçe
2022
İnşaat Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK

Geri Dön