Experimental and numerical investigation on the effectiveness of plate piles in mitigating rainfall-induced slope failures in expansive soils
Şişen zeminlerde yağış kaynaklı şev göçmelerinin önlenmesinde plaka kazıkların etkinliğinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
- Tez No: 975519
- Danışmanlar: PROF. DR. ERDAL ÇOKÇA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yağış kaynaklı heyelanlar, özellikle mevsimsel yağış değişiminin belirgin olduğu bölgelerde, şişen kil zeminlerde önemli bir geoteknik sorun oluşturmaktadır. Montmorillonit açısından zengin şişen killer, ıslanma ile belirgin şişme ve kuruma ile büzülme göstererek büyük hacim değişimleri ve mukavemet kayıpları yaşar. Yağış infiltrasyonu, matrik emme ve kayma mukavemetini azaltarak bu etkileri hızlandırır ve çoğunlukla yüzeysel şev göçmelerini tetikler. İstinat duvarları veya zemin çivileri gibi geleneksel stabilizasyon yöntemleri, şişen kil zeminlerin karmaşık hidro-mekanik davranışına her zaman ekonomik veya uyarlanabilir çözümler sunamamaktadır. Bu çalışma, çelik levhaların kazıklara kaynaklandığı yenilikçi bir güçlendirme yöntemi olan plaka kazık sistemlerinin, yağıştan etkilenen şişen kil şevlerin stabilizasyonundaki performansını araştırmaktadır. 2.0 m aktif zon derinliğine sahip kil tabakası, laboratuvar ölçeğinde modellenmiş ve aktif zon ile altındaki daha sert tabaka arasındaki arayüzde meydana gelen yüzeysel (düzlem) kayma davranışına odaklanılmıştır. Küçük ve büyük doğrudan kesme cihazları kullanılarak, yağış infiltrasyonu koşullarında arayüz kayma direncinin mobilizasyonu değerlendirilmiş ve farklı plaka kazık konfigürasyonlarının deformasyon kontrolüne etkisi incelenmiştir. Deneysel program, ileri düzey sayısal modelleme çalışmaları ile desteklenmiştir. Laboratuvar ölçeğindeki davranış PLAXIS 3D ile modellenmiş, saha ölçeğindeki tepkiler ise GeoStudio'da gerçekleştirilen birleşik hidro-mekanik analizler ile incelenmiştir. Bu analizlerde yağış kaynaklı emme kaybının güvenlik katsayısında yarattığı azalma ve plaka kazık güçlendirmesi ile sağlanan iyileşme değerlendirilmiştir. Sonuçlar, plaka kazıkların arayüz kayma direncini belirgin şekilde artırdığını, deformasyonları sınırladığını ve şev stabilitesini iyileştirdiğini göstermektedir. Bulgular, plaka kazık sistemlerinin yağış infiltrasyonuna maruz şişen kil şevlerin stabilizasyonu için pratik ve uyarlanabilir çözüm sunduğunu doğrulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Rainfall-induced landslides in expansive soils present a significant geotechnical challenge, particularly in regions with pronounced seasonal rainfall variation. Expansive soils, rich in montmorillonite, undergo substantial swelling upon wetting and shrinkage upon drying, leading to large volume changes and strength loss. Rainfall infiltration accelerates these effects by reducing matric suction and shear strength, frequently triggering shallow slope failures. Conventional stabilization measures, such as retaining walls or soil nails, are not always cost-effective or adaptable to the complex hydro-mechanical behavior of expansive soils. This study investigates the performance of plate pile systems—a novel reinforcement method comprising steel plates welded to pile shafts—in stabilizing rainfall-affected expansive soil slopes. A clay layer with a 2.0 m active zone depth was modeled at laboratory scale, focusing on the translational sliding behavior at the interface between the active zone and the underlying stiffer layer. Small and large direct shear devices were employed to assess interface shear strength mobilization under simulated rainfall infiltration, with different plate pile configurations tested to evaluate their influence on deformation control. The experimental program was complemented by advanced numerical modeling. Laboratory-scale behavior was simulated using PLAXIS 3D, and field-scale response was investigated through coupled hydro-mechanical analyses in GeoStudio, evaluating factor of safety reduction due to rainfall-induced suction loss and the improvement achieved with plate pile reinforcement. Results demonstrate that plate piles significantly enhance interface shear resistance, limit deformations, and improve slope stability. The combined findings confirm the potential of plate pile systems as a practical and adaptable solution for stabilizing expansive soil slopes subjected to rainfall infiltration.
Benzer Tezler
- Kömürlerin kendiliğnden yanmasının teorik ve deneysel incelenmesi
Theoretical and experimental investigations of spontonequs combustion of coals
FEHMİ AKGÜN
- Güneş enerjili kendinden pompalı sıcak su sisteminin analiz ve simülasyonu
Analysis and simulation of a two phase self pumping solar water heater
TUNCAY GÜVEN
- Polimer matrisli kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of polymer matrix composite materials
ALİ ARI
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ BAYRAM
- Çukur formlu yapıların düz levha direncine olan etkilerinin dış akışta ve kanal akışında deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation into the effect of dimpled structures on flat plate resistance under external flow and channel flow conditions
ARAS ÇETİNKAYA
Doktora
Türkçe
2026
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR ORAL ÜNAL
- Mayın ve el yapımı patlayıcı maddelerin zırh plakalarına etkilerinin sayısal modelleme kullanılarak araştırılması
Investigation of the effects of mines and improvised explosive devices on armor plates using numerical modeling
HAYDAR FATİH ADIGÜZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Savunma ve Savunma TeknolojileriMilli Savunma ÜniversitesiKbrn-P Savunma Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYHAN AYTAÇ