Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 28(3), 378-388, 2022 Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences 378 Sıvılaşma nedeniyle meydana gelen oturmaların PM4Sand bünye modeli ile incelenmesi Investigation of liquefaction induced settlements with PM4Sand constitutive model Ozan SUBAŞI 1* , Recep İYİSAN 2 1 İnşaat Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, Türk-Alman Üniversitesi, İstanbul, Türkiye. subasio@itu.edu.tr 2 İnşaat Mühendisliği Bölümü, İnşaat Fakültesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye. iyisan@itu.edu.tr Geliş Tarihi/Received: 11.06.2021 Kabul Tarihi/Accepted: 20.10.2021 Düzeltme Tarihi/Revision: 17.10.2021 doi: 10.5505/pajes.2021.06606 Araştırma Makalesi/Research Article Öz Abstract Depremlerin yıkıcı etkisini ve yapısal hasarları arttıran en önemli faktörlerden biri, dinamik yükler altında zemin tabakalarında oluşan deformasyonlardır. Özellikle suya doygun kumlu zeminlerde, kuvvetli yer hareketi sırasında boşluk suyu basıncındaki ani artış nedeniyle meydana gelen sıvılaşmalar, zemin tabakalarında büyük deformasyonlara yol açmakta ve mühendislik yapılarında ciddi hasarlara neden olmaktadır. Bu çalışma kapsamında, rölatif sıkılığı %35, 55, 75 olan üç farklı kum zemin özellikleri kullanılarak iki boyutlu zemin profilleri oluşturulmuş ve on dört farklı kuvvetli yer hareketi kullanılarak doğrusal olmayan dinamik analizler bir sonlu eleman yazılımıyla gerçekleştirilmiştir. Kum zemin tabakalarının sıvılaşma davranışını modellemek için ise programda yer alan PM4Sand bünye denklemleri kullanılmıştır. Elde edilen numerik analiz sonuçları literatürde yer alan ve iyi bilinen yarı-ampirik yöntemlerle karşılaştırılmıştır. Buna ek olarak, kuvvetli yer hareketini tanımlamak için kullanılan parametrelerle, numerik ve yarı-ampirik analizler sonucunda elde edilen sıvılaşma kaynaklı oturmalar arasındaki ilişkiler incelenmiştir. One of the most important factors that increase the destructive effects of earthquakes and structural damages is the soil deformations during strong ground motion. The liquefaction occurs especially in saturated sandy soils as a result of the sudden increase in pore water pressure during the earthquakes and leads to large deformations in the soil layer and serious damages to engineering structures. In this study, by using three different sand properties with relative densities of 35, 55 and 75%, two-dimensional soil profiles were created and dynamic analyzes were carried out using fourteen different acceleration-time histories records. In the numerical analysis was performed with a finite element software and PM4Sand constitutive equations were used to model the liquefaction behavior of sand layers. The numerical analysis results were compared with the well-known semi-empirical methods in the literature. In addition, the relationships between the parameters used to define strong ground motion and the liquefaction-induced settlements obtained from numerical and semi-empirical analyzes were investigated. Anahtar kelimeler: Deprem kaynak özellikleri, PM4Sand bünye denklemleri, Numerik analizler, Yarı-Ampirik yöntemler, Sıvılaşma kaynaklı oturmalar. Keywords: Earthquake source properties, PM4Sand constitutive equations, Numerical analysis, Semi-Empirical analysis, Liquefaction- induced settlements. 1 Giriş Dünya üzerinde meydana gelen depremlerin yıkıcı etkisi ve oluşturduğu hasarlar birçok insanın hayatını olumsuz yönde etkilemekte, çok sayıda can ve mal kaybına neden olmaktadır. Kuvvetli yer hareketi sırasında zemin tabakalarında gözlemlenen deformasyonlar, depremlerin yıkıcı etkisini ve yapısal hasarları arttıran en önemli faktörlerden biridir. Özellikle suya doygun, gevşek kohezyonsuz zemin tabakalarında, dinamik yükleme sırasında boşluk suyu basıncındaki ani artış nedeniyle oluşan sıvılaşmalar, zemin tabakalarında büyük oturmalara neden olmakta ve mühendislik yapılarında ciddi hasarlara yol açmaktadır. Literatürde sıvılaşma olgusu ve sonuçları üzerine birçok deneysel, numerik modelleme ve arazi incelemesi mevcuttur. Laboratuvarda, farklı rölatif sıkılıklarda hazırlanan numuneler üzerinde, tekrarlı üç eksenli ve dinamik basit kesme deney aletleri kullanılarak gerçekleştirilen çalışmalarla sıvılaşma kavramı ve sıvılaşma davranışını etkileyen parametreler * Yazışılan yazar/Corresponding author araştırılmıştır [1]-[4]. Sıvılaşma sırasındaki zemin davranışını ve boşluk suyu basıncı oluşumunu daha detaylı bir şekilde gözlemleyebilmek için model deneyleri gerçekleştirilmiş, numerik ifadeler yardımıyla sıvılaşma davranışı modellenmiştir [5]-[7]. Arazi çalışmaları kapsamında ise sıvılaşma kaynaklı hasarların son derece fazla olduğu Loma Prieta ve Christchurch depremlerinden sonra, zemin tabakalarında meydana gelen kum kaynamalarını, yanal yayılmalar ve oturmaları gözlemleyebilmek için saha incelemeleri gerçekleştirilmiştir [8]-[13]. Çok sayıda laboratuvar ve saha araştırması, kuvvetli yer hareketi sırasındaki kontrolsüz boşluk suyu basıncı değişiminin gevşek kumlarda (D R <%35) meydana geldiğini gösterirken, orta-sıkı ve sıkı kumlarda, dilatasyon nedeniyle sınırlı deformasyonlar gözlemlenmektedir. Bunun sonucunda, orta-sıkı ve sıkı kumlar kayda değer bir deformasyon meydana gelmeden mukavemet kazanmaya başlarken, düşük rölatif sıkılığa sahip kumlarda ise dilatasyon söz konusu olmadığı için büyük oturmalar ve yanal yayılmalar oluşmaktadır [14].