Geri Dön

Depremde su kaldırma etkisi altındaki borularda zemin yapı etkileşiminin sayısal analizlerle incelenmesi

Study of seismic soil structure interaction for buried pipes below groundwater table using numerical analysis

PDF İndir

  1. Tez No: 921252
  2. Yazar: MÜNİRE DÜLGER
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HAVVANUR KILIÇ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Deprem Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Geoteknik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 255

Özet

Suya doygun kumlu ve siltli zeminlerde, deprem ve diğer dinamik yükler altında sıvılaşma olarak adlandırılan doğal olay meydana gelmektedir. Sıvılaşma zeminin maruz kaldığı yükler altında sıkışmaya çalışırken boşluklarındaki suyun drene olamaması dolayısı ile artan boşluk suyu basınçları neticesinde ortaya çıkmaktadır. Zeminin viskoz bir sıvı gibi davranmasından dolayı bu ad ile anılmaktadır. Sıvılaşma sonucunda zeminde akıcı kum durumu oluşmakta ve suyun kaldırma basıncı etkisinde kalan zemin tabakası kabarmaktadır. Böylesi bir durumdan yeraltı yapıları da etkilenmekte ve sıvılaşma dolayısı ile artan su kaldırma basınçları altında boru, tünel ve diğer gömülü yapılar yüzeye çıkmaya çalışmakta ve zarar görmektedir. Bu doktora tezinde gömülü boruların sıvılaşma durumundaki deformasyon ve boşluk suyu basıncı değişimleri ile su kaldırma basıncına karşı stabilite durumu incelenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda ilk olarak sonlu elamanlar yöntemi ile varsayımsal 2D parametrik analizler yapılarak elde edilen gerilme verileri ile stabilite analizleri yapılmış ve gömülü boruların sıvılaşma durumunda stabilitesine etki eden faktörler incelenmiştir. İkinci aşamada ise bu stabilite analizi yaklaşımı gerçek problemlere uygulanmıştır. Parametrik sayısal analizler Plaxis 2D ile PM4Sand bünye modeli dikkate alınarak gerçekleştirilmiştir. PM4Sand için kullanılan zemin malzeme özellikleri santrifüj deneyleri ile gerçekleştirilen Chian [26]' dan alınarak bu deney sonuçları ile kalibre edilmiştir. Gerçek saha problemi 6 Şubat 2023 tarihinde meydana gelen Pazarcık ve Elbistan, Kahramanmaraş Depremler'inde İskenderun bölgesinde iki farklı lokasyonda ve farklı jeolojik kesitlere sahip zeminlere gömülü borular için gerçekleştirilmiştir.Bu analizlerde, sığ ve derin kaya tabakalarının, boru çapının, gömülme derinliklerinin ve sınır koşullarının etkileri değerlendirilmiştir. İskenderun'da bulunan, sığ kaya tabakasına sahip 3116 no.lu istasyon ile kalın zemin tabakası içeren 3115 no.lu istasyondan elde edilen kayıtlar analizlerde dikkate alınmıştır. 3116 no.lu istasyonun kayıtlarıyla yapılan modelleme, sığ kaya tabakasının boru yer değiştirmesi üzerindeki etkisini göstermiş ve kaya tabakasının yüzeye daha yakın olduğu alanlarda daha az hasar meydana geldiği belirlenmiştir. Öte yandan, anakayanın derinde olduğu (istasyon no. 3115) ve kalın sıvılaşabilir bir zemin tabakasının bulunduğu alanlarda, borularda daha yüksek bir yükselme davranışı gözlemlenmiştir. Bu durum, borunun yukarı yönlü hareketinin anakaya derinliğinden önemli ölçüde etkilendiğini ortaya koymuştur. Ayrıca, anakayanın derinde olduğu bölgelerde sınır koşullarının genişletilmesi, çevredeki oturmaların boru yükselmesini engelleyici etkisini azaltmıştır. Boru çapının artması ise boru yükselme miktarını artırmıştır. Analiz sonuçları, arazi gözlemleriyle uyumlu bulunmuştur. Sayısal analiz yöntemlerindeki ilerlemelere ve fiziksel model deneyimlerine rağmen, sıvılaşabilir zeminlerde gömülü boruların yükselmesini değerlendirme konusunda literatürde ve tasarım kılavuzlarında hâlâ eksiklikler bulunmaktadır. Literatürde birçok çalışmada, 2D psödo-statik analizler kullanılarak yapı üzerindeki kesit etkileri belirlenmiştir. Bu tez çalışmasında ise farklı olarak, deprem sırasında kum tabakasının drenajsız davranışı dikkate alınarak yapılan 2D dinamik ve psödo- statik sayısal analizlerden hesaplanan boşluksuyu basınçları ve gerilmeler yardımıyla stabilite analizleri gerçekleştirilmiştir. Diğer yandan, boru zemin etkileşim davranışını incelemek amacıyla, altındaki sıvılaşmayan tabaka kalınlığı farklı olan iki zemin profilinde, üç farklı ivme, dört farklı boru çapı ve dört farklı gömülme oranı için hem 2D dinamik hem de 2D psödo-statik analizler yapılmış ve elde olunan stabilite güvenlik sayıları karşılaştırılmıştır. İki analiz yaklaşımıyla belirlenen güvenlik sayılarının birbirine yakın olduğu, ancak boru kesit etkilerinin farklılık gösterdiği tespit edilmiştir. Çalışmada, boru kaldırma miktarı ve güvenlik sayısı için ampirik ilişkiler önerilmiştir. Geçmişteki önemli depremlerden elde edilen 11 ivme kaydı kullanılarak, farklı ivme ve frekans içeriklerinin boru davranışına etkisi değerlendirilmiştir. Ayrıca, 1999 Kocaeli Depremi sırasında SEKA fabrikası bölgesindeki boru davranışı, 2D dinamik ve 2D psödo-statik analizlerle modellenmiş ve sonuçlar, SEKA arşivindeki boru hasar verileriyle doğrulanmıştır. Önerilen 2D Psödo-statik yöntemin ve ampirik ilişkilerin sıvılaşabilir alanlardaki gömülü boruların mevcut durumlarının incelenmesi bakımından oldukça yararlı olacağı düşünülmektedir.

Özet (Çeviri)

In water-saturated sandy and silty soils, a natural phenomenon known as liquefaction occurs under dynamic loads such as earthquakes. Liquefaction takes place when the soil is forced to be compressed under applied loads but cannot drain the water in its voids, leading to increased pore water pressure. This phenomenon is named liquefaction because the soil behaves like a viscous fluid. As a result of liquefaction, the soil displays a flowing sand state, and the soil layer subjected to uplift pressure from the water begins to swell. This condition also affects underground structures, as pipes, tunnels, and other buried structures subjected to the increased uplift pressures from liquefaction tend to rise to the surface, leading to potential damage. This doctoral thesis aims to investigate the deformation of buried pipes under liquefaction conditions, changes in pore water pressure, and their stability against uplift pressures. To achieve this, a two-step methodology was adopted. First, hypothetical 2D parametric analyses were conducted using the finite element method, and stability analyses were performed using the stress data obtained. Factors affecting the stability of buried pipes under liquefaction were examined in detail. In the second phase, this stability analysis approach was applied to real- world scenarios. The parametric numerical analyses were carried out using Plaxis 2D software, by means of the PM4Sand constitutive model. The soil material properties for PM4Sand were calibrated using results from centrifuge experiments conducted by Chian [26]. The real-world case study focused on buried pipes located in two different geological sections of the İskenderun region during the Pazarcık and Elbistan earthquakes that occurred on February 6, 2023. In these analyses, the effects of shallow and deep bedrock layers, pipe diameters, burial depths, and boundary conditions were evaluated. Two seismic stations in Iskenderun, namely Station 3116, where the rock layer is shallow, and Station 3115, which is underlain by a thick soil layer, were taken into consideration in the analyses. Modeling based on the records from station no. 3116 revealed the impact of shallow bedrock on pipe displacement, demonstrating that areas with bedrock closer to the surface experienced less damage. Conversely, in areas where the bedrock was deeper (station no. 3115) and covered by a thick liquefiable soil layer, a greater upward movement of the pipes was observed. This indicated that the upward movement of the pipes was significantly influenced by the depth of the bedrock. Additionally, in areas with deeper bedrock, widening the boundary conditions reduced the mitigating effect of settlements on pipe uplift. An increase in pipe diameter further amplified the amount of pipe uplift. The results of the analyses were found to be consistent with field observations. Despite advancements in numerical analysis methods and insights from physical model experiments, there are still gaps in the literature and design guidelines regarding the evaluation of uplift behavior in buried pipes in liquefiable soils. Many studies in the literature have used 2D pseudo-static analyses to determine sectional effects on structures. In this thesis, as a different approach, stability analyses were carried out by means of pore pressures and stresses obtained from 2D dynamic and pseudo-static numerical analyses conducted in consideration of the undrained behavior of the sand layer during an earthquake. In addition, in order to investigate the pipe – soil interaction, both 2D dynamic and 2D pseudo-static analyses were performed using three different accelerations, four different pipe diameters, and four different burial ratios, taking into consideration two soil profiles with varying thickness of an underlying non-liquefiable layer, and the stability safety factors were compared. It was determined that the safety factors determined using both approaches were similar, although the sectional effects on the pipes varied. The study proposed empirical relationships for magnitude of pipe uplift and safety factors. Using 11 acceleration records from significant past earthquakes, the impact of different acceleration levels and frequency contents on pipe behavior was evaluated. Furthermore, the behavior of pipes in the SEKA factory area during the 1999 Kocaeli Earthquake was modeled using 2D dynamic and 2D pseudo-static approaches. The results were validated against pipe damage data obtained from the SEKA archives. The proposed 2D pseudo-static method and empirical relationships are considered to be highly useful for examining the current conditions of embedded pipelines in liquefiable areas.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    310533

    Çimento esaslı kompozitlerle güçlendirilen dolgu duvarlı betonarme çerçevelerin tersinir tekrarlı yükler altında davranışı

    Behavior of rc frames with infill walls strengthened by cement based composites under reversed cyclic loads

    CEMİL ÖZKAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA GENÇOĞLU

  2. Tez No

    119567

    Kriz durumlarında acil konut üretimi ve geçici yerleşim alanlarının tasarım kriterleri

    Urgent disaster housing production and the formation of temporary settlements

    HARUN KAYIŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Şehircilik ve Bölge PlanlamaDokuz Eylül Üniversitesi

    Şehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. FUNDA ALTINÇEKİÇ

  3. Tez No

    918716

    Deprem afetinde su yönetimi: Kahramanmaraş-Pazarcık depremleri örneği

    Water management in earthquake disaster: The case study of Kahramanmaraş- Pazarcık earthquakes

    ENES TUNÇBİLEK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Deprem MühendisliğiAnkara Üniversitesi

    Entegre Su Yönetimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖKŞEN ÇAPAR

  4. Tez No

    634725

    Burdur merkezde yer alan camiler

    Mosques located in Burdur center

    DÜRİYE BEYAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Sanat TarihiPamukkale Üniversitesi

    Sanat Tarihi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA BEYAZIT

  5. Tez No

    201262

    Depremde tabakalı kum zeminde oluşan sıvılaşma ve sıvılaşma sonrası davranışın model deneylerle araştırılması

    Investigation of liquefaction and post liquefaction behavior of layered sands during earthquakes by means of model tests

    PELİN TOHUMCU ÖZENER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KUTAY ÖZAYDIN

Geri Dön