Geri Dön

Hydro-mechanical behavior of unsaturated specimens isotropically reconstituted from slurry and compacted specimens

Numune çamuruna izotropik gerilme uygulama ve sıkıştırma yöntemleri ile oluşturulan suya doygun olmayan numunelerin hidromekanik davranışı

PDF İndir

  1. Tez No: 441959
  2. Yazar: REZA AHMADİ NAGHADEH
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. NABİ KARTAL TOKER
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 362

Özet

Suya doygun olmayan zemin davranışı birçok geoteknik mühendisliği problemi için önem teşkil eder. Bu çalışmanın ana amacı, numune çamurundan konsolidasyon veya nemli numuneden sıkıştırma ile oluşturulan suya doygun olmayan numunelerin hidro-mekanik davranışını anlamaktır ve pratik, ekonomik test ekipmanları ve yöntemleri geliştirmektir. Bu çalışma ile ortaya koyulacak yenilikler suya doygun olmayan zemin mekaniği konseptini mühendisliğin pratik uıygulamaları için daha kullanılabilir ve cazip hale getirecektir. Suya doygun olmayan zeminin kayma dayanımını tayin edebilmek için üssel türde bir denklem önerilmiştir. Denklem üç adet sabit parametre içermektedir. Bu üç parametreden ikisi standart suya doygun zemin mekaniği deneyleri ile belirlenen efektif kayma dayanımı parametreleridir (ϕ´ ve c´). Üçüncü parametre ise bu çalışmada ortaya koyulan ve zemin-su karakteristik eğrisi kullanılarak elde edilen maksimum emme kohezyon (c´´max) parametresidir. Önerilen denklemin geçerliliği yürütülen laboratuvar deneyleri ile teyit edilmiştir. Ayrıca, literatürde yayımlanmış beş farklı zeminden elde edilen deney sonuçları kullanılarak da denklemin geçerliliği araştırılmıştır. Önerilen kayma dayanımı denklemi ile daha önce yayımlanmış diğer altı adet kayma dayanımı denkleminin tahminleri karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışmalar kapsamında, suya doygun olmayan zemin deneylerinin yapılabilmesi için gerekli matrik emme kontrolü, hacim değişimi ölçümü gibi işlevleri yerine getirebilecek ve zeminin zemin-su karakteristik eğrisinin ölçülmesini sağlayacak şekilde, mevcut üç eksenli deney ekipmanına eklemeler yapılmıştır. Üç eksenli kesme deneylerinde suya doygun ve suya doygun olmayan numunelerin toplam hacim değişiminin ölçülmesinde yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Önerilen yöntem, üç eksenli deney aletinin viskoelastik davranış gösterdiği kabulü ile hücre suyu hacmi ölçümlerine düzeltme yapmak ilkesine dayanır. Kalibrasyon ve parametre belirleme yöntemleri tasarlanmış ve sunulan model için bir MATLAB kodu hazırlanmıştır. Önerilen yöntemin geçerliliği, suya doygun zeminler kullanılarak yapılan konsolidasyonlu drenajlı (CD) üç eksenli deneylerinde, önerilen yöntemle yapılan hacim değişimi ölçümleri standart ölçüm yönteminden (boşluk suyu giriş ve çıkışının ölçülmesi) elde edilen hacim değişimi ölçümleri ile karşılaştırılarak incelenmiştir. Konsolidasyon ve kesme aşamalarında hacim değişimi ölçümlerindeki hata payı, literatürde bulunan daha karmaşık ve daha pahalı alternatiflere eşit veya daha iyi şekilde 0.03 - 0.22 cm3 arasındadır. Ayrıca, hacim değişimi ölçümü için önerilen tekniğin tekrarlanabilirliği özdeş emme kontrollü suya doygun olmayan zemin deneyleri ile incelenmiştir. Hem suya doygun hem de suya doygun olmayan zemin deneylerinde kullanmak üzere numune çamuruna izotropik gerilme uygulamaya dayanan yeni bir numune hazırlama yöntemi geliştirilmiştir. Yöntemin gücünü teyit etmek için boşluk oranına bağlı olarak numune üniformluğu, segregasyon ve tekrarlanabilirlik konuları incelenmiştir. Yeni numune hazırlama yöntemi ile basit bir mikro-yapıya ve gerilme geçmişine sahip homojen numuneler elde edilebilmektedir. Önerilen yöntem ile hazırlanmış numunelerin dayanım ve hacimsel davranışları, konsolidasyonlu ve drenajlı (CD) üç eksenli deneyleri yapılarak tokmaklama ile sıkıştırarak veya numune çamurundan tek boyutlu konsolide edilerek oluşturulan numunelerin dayanım ve hacimsel davranışları ile karşılaştırılmıştır. Modifiye üç eksenli deney düzeneği ile matrik emmenin, emme geçmişinin (kuruma-ıslanma) ve net ortalama gerilmenin, tokmaklama ile sıkıştırılarak veya numune çamuruna izotropik gerilme uygularak oluşturulan numunelerin kayma dayanımına etkisinin incelendiği kapsamlı bir deneysel çalışma yürütülmüştür. Elde edilen sonuçlar, çalışmalarda kullanılan zeminin kayma dayanımının emme gerilmesi arttıkça doğrusal olmayan ve azalan bir şekilde asimtotik bir değere doğru arttığını göstermiştir. Numunelerin davranışı, suya doygun durumdaki pekleşme davranışından emme gerilmesi arttıkça yumuşama davranışına doğru değişmektedir. Aynı net gerilme değeri için, emme gerilmesi yüksek numuneler daha düşük eksenel birim şekil değiştirme değerlerinde nihai deviyatör gerilme değerine ulaşmıştır. Genel olarak toplam hacimsel deformasyon davranışı emme gerilmesi arttıkça daha fazla dilatasyon gerçekleştirmiştir. Sertliğin ve maksimum kayma dayanımının emme gerilmesi yönüne (ıslanma veya kuruma) bağlı olduğu bulunmuş ve aynı emme gerilmesi değerinde kuruma yönünde olan numunelerin ıslanma yönündekilerine kıyasla daha fazla sertlik ve kayma dayanımı gösterdiği ortaya çıkarılmıştır. Ancak, kritik durumdaki kayma dayanımı değerinin emme gerilmesi yönünden bağımsız olduğu gözlenmiştir. Numuneler, belirli bir net gerilme ve emme gerilmesi (ıslanma veya kuruma yönünde) değerinde kritik duruma yakınsamışlardır. Testlerde uygulanmış tüm emme gerilmesi aralığı (0 - 400 kPa) için ıslanma yönündeki numuneler aynı emme gerilmesi ve net gerilme değerindeki kuruma yönünde olan numunelere göre daha düşük eksenel birim şekil değiştirme değerlerinde nihai deviyatör gerilme değerine ulaşmıştır. Belirli bir net gerilme ve emme gerilmesi değeri için ıslanma yönündeki numuneler kuruma yönündekilere göre kesme işlemi sırasında daha fazla dilatasyon göstermiştir. Deney sonuçları ayrıca bir elastoplastik model kapsamında değerlendirilmiştir. Tokmaklama ile sıkıştırılmış (TS) numuneler için eğimli, yarı eliptik akma eğrisi sabit emme gerilmesi akma noktalarına yerleştirilmiştir. Akma bölgesinin eğimli oluşu tek eksenli olarak hazırlanmış numunelerin anizotropik oluşu ile ilişkilendirilmiştir. İzotropik gerilme uygulama yöntemi (İGU) ile oluşturulmuş numuneler için net gerilme ekseni majör eksen olacak şekilde oluşturulmuş eliptik akma yüzeyi başarılı bir şekilde akma noktalarına yerleştirilmiştir. Hem TS hem de İGU numuneleri için akma bölgesi büyüklüğünün emme gerilmesine bağlı olduğu ve emme gerilmesi arttıkça akma bölgesinin de genişlediği gösterilmiştir. Islanma ve kuruma yönünde İGU numuneleri için emme gerilmesi tarihçesinden bağımsız olarak akma bölgesinin şekli (eliptik) sabit kalmaktadır. Ancak ıslanma kuruma çevrimine tabi tutulmuş numuneler daha büyük akma bölgesine sahip olduğu ortaya çıkarılmıştır.

Özet (Çeviri)

Response of unsaturated soils constitutes an important consideration for many problems in geotechnical engineering. The main objective of this study is to understand coupling hydro-mechanical behavior of the unsaturated reconstituted specimens from slurry and moist-tamped compacted specimen, and to develop practical and cost-effective testing equipment and procedure. The innovations that will be put forth by this study will make the unsaturated soil mechanics more accessible and appealing to those practical engineers working. A prediction type exponential equation is introduced to predict the shear strength of the unsaturated soil. Equation involves three constant parameters. Two of which are effective shear strength parameters (i.e. ϕ´ and c´ can be determined through conventional saturated shear strength tests). The third parameter is ultimate shear strength, c´´max, introduced in this study, which can be determined through soil-water characteristic curve (SWCC). The proposed equation was validated through laboratory tests conducted. In addition, validity of the equation is investigated regarding test results of five types of soils published in the literature. Comparison on prediction of shear strength was performed between proposed equation and six published shear strength equations. Within the scope of experimental studies, the existing testing equipment (automated the triaxial setup) was modified to be able to perform the unsaturated soils tests (which require matric suction control, volume change measurements) and to measure the SWCC of the soil. A novel procedure is developed to measure the total volume change of the saturated and unsaturated soils in triaxial testing. The principle of the proposed method is based on cell fluid volume measurements corrected by the assumption of viscoelastic behavior for the triaxial setup. Calibration and parameter determination procedures of the model are devised, and the presented model is implemented into a MATLAB code. The performance of the proposed method is validated through a series of consolidated drained (CD) triaxial tests on saturated specimens, by comparing the changes in volume measurement of proposed method and conventional measurement (pore fluid inflow/outflow). The accuracy in volume measurement during consolidation and shear stages of these tests was between 0.03 - 0.22 cm3, which is on par with or better than more complex and expensive alternatives found in the literature. Repeatability of the proposed technique in measurement of the volume change was also investigated through a set of identical suction controlled unsaturated soil tests. A new procedure for preparation of specimens isotropically reconstituted from slurry is developed for use in both saturated and unsaturated soil testing. The uniformity of the specimen (regarding void radio), segregation and repeatability was investigated to confirm the performance of the method. New preparation method results in a homogenous specimen, which has a simple structure and stress history. The strength and volumetric behavior of specimens prepared by the introduced method are compared with those of specimens that are moist-tamped compacted as well as one-dimensionally reconstituted from slurry, by performing consolidated drained (CD) triaxial tests. A comprehensive laboratory-based study has been carried out, with the modified triaxial setup, to investigate the effects of matric suction and suction history (drying- wetting) as well as net mean stress on shear strength of moist-tamped compacted specimens and specimens isotropically reconstituted from slurry. The results show that the shear strength of the studied soil increases nonlinearly at a decreasing rate toward an asymptotic value as suction increases. The response of the specimens change from strain-hardening in saturated condition to strain-softening as suction increases. For the same net confining stress, specimens with higher suction values reach a peak deviator stress at lower axial strain. In general, it is found that total volumetric deformation behavior became more dilative as the suction increases. Stiffness and maximum shear strength are found to depend on the direction of the suction path (wetting or drying), where specimens on the drying path exhibit higher shear strength and stiffness for a given suction than those on the wetting path. However, shear strength in the critical state is found to be independent of the direction of the suction path. For a given net confining stress and suction (through drying or wetting paths) specimen approaches a critical state. For the entire testing range of suction (0 - 400 kPa), it was found that specimens on the wetting path reach a peak deviator stress at lower axial strain than those at the same suction and net confining stress on the drying path. During shearing, for a given net confining stress and suction, specimens on the wetting path exhibit more dilative behavior than those on the drying path. The laboratory test results were also interpreted under elasto-plastic framework. For MT compacted specimens, inclined semi-elliptical yield curves were fitted to each series of constant suction yield points. The inclination of the yield locus was attributed to inherent anisotropic nature of the one-dimensionally compacted specimens. For IRS specimens, an elliptical yield surface with the axis of net mean stress as the major axis were fitted successfully to yield points. For both MT and IRS, it was shown that, the size of the yield locus is suction dependent and expands as the suction increases. For IRS specimens with drying-wetting, the shape (elliptical) of the yield loci remain unchanged independent of suction history. However, specimens with a drying-wetting cycle have larger yield locus.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    461944

    Numerical simulation of infiltration and evaporation for unsaturated infinite soil slopes

    Suya doygun olmayan sonsuz şevlerde sızmanın ve buharlaşmanın numerik modellenmesi

    MELİH BİRHAN KENANOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. NABİ KARTAL TOKER

    YRD. DOÇ. DR. NEJAN HUVAJ SARIHAN

  2. Tez No

    588789

    Assessment of porosity-permeability variation on the response of sandy soils via hypoplasticity model

    Boşluk oranı-geçirimlilik ilişkisinin kumlu zemin davranışına etkisinin hipoplastisite modeli ile değerlendirilmesi

    HİLMİ BAYRAKTAROĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NEJAN HUVAJ SARIHAN

    DOÇ. DR. HACI ERCAN TAŞAN

  3. Tez No

    894232

    Karadeniz Bölgesinde yağmurla tetiklenen heyelanların hidro-mekanik davranışının saha araştırmalarıyla incelenmesi

    Investigation of hydro-mechanical behavior of rain-induced landslides in the Black Sea Region by field studies

    SERDAR ALLI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YÜKSEL YILMAZ

    PROF. DR. TAHA TAŞKIRAN

  4. Tez No

    508412

    Near field investigation of borehole heat exchangers

    Başlık çevirisi yok

    SELÇUK EROL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    MimarlıkUniversité libre de Bruxelles (École polytechnique de Bruxelles)

    Prof. BERTRAND FRANCOIS

  5. Tez No

    761111

    Elektriksel sistem olarak insan kalbinin modellenmesi - analiz ve simülasyon

    Modelling of human heart as an electrical system - its analysis and simulation

    ERTEM KIZILKAPLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    BiyomühendislikKırıkkale Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ FİKRET YALÇINKAYA

Geri Dön