Heyelanlı alanların limit denge ve 3 boyutlu stabilite analizleri ile değerlendirilmesi

Heyelan stabilite analizleri uzun yıllardır önemli bir araştırma konusu olmuş ve bu alanda birçok yöntem geliştirilmiştir. En sık kullanılan yöntemlerden olan Limit Denge Yöntemi (LEM) ve Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM), farklı avantajlar ve sınırlamalara sahiptir. LEM, kayma yüzeyi boyunca zemin kütlesinin kuvvet veya moment dengesini hesaplamaya dayanırken, şev hareketlerini yeterince temsil edemez. Buna karşın, Mukavemet Azaltma Yöntemi (SRM) ile desteklenen FEM, kayma yüzeyinin önceden belirlenmesini gerektirmediği için gerçeğe daha uygun sonuçlar sunar. Bu çalışma kapsamında, Zığ (Azerbaycan, Bakü), Balaban ve Pekmez (Türkiye, İstanbul) olmak üzere üç heyelan sahasında 2D LEM, 2D FEM ve 3D FEM yöntemleri kullanılarak güvenlik katsayıları ve kayma yüzeyleri belirlenmiştir. Zığ, Balaban ve Pekmez sahalarında gerçekleştirilen heyelan stabilitesi değerlendirilmiştir. 3 farklı çalışma sahasında, Zığ heyelan sahası karışık geometri ve Balaban, Pekmez sahaları ise basit geometri olarak incelenmiştir. İncelenen heyelan sahaları, RocScience tarafından geliştirilen sonlu elemanlar (FEM) tabanlı Phase2 (Version: 8.005) ve limit denge (LEM) tabanlı Slide (Version:6.005) yazılımları kullanılarak 2 boyutlu ve sonlu elemanlar (FEM) tabanlı Plaxis 3D (Version 2024.1.0.1060) yazılımı kullanılarak 3 boyutlu olarak analiz edilmiştir. Arazi ölçümü olan inklinometre verileri temel alınarak, üç saha üzerinde 2 boyutlu Limit Denge Yöntemi (LEM), 2 boyutlu Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) ve 3 boyutlu Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) ile güvenlik katsayıları ve kayma yüzeyleri belirlenmiştir. 2D LEM yöntemi ile belirlenen kayma yüzeyi, inklinometre verileri referans alınarak düzenlenmiştir. Bu kayma yüzeyinin saha gözlemleriyle uyumlu hale gelmesini sağlamıştır. İnklinometre verileri, her üç sahada da analizlerin doğruluğunu artırmak için temel veri kaynağı olarak kullanılmış ve elde edilen bulgular yöntemlerin avantajlarını ve sınırlamalarını ortaya koymuştur. Zığ heyelan sahasında, karmaşık geometrik yapılar ve heterojen zemin koşulları dikkate alınarak iki farklı kesitte (Kesit 1-1 ve Kesit 2-2) stabilite analizleri gerçekleştirilmiştir. Karışık geometrik yapılar ve heterojen zemin koşullarında yapılan analizlerde, 2D FEM yöntemi ile hesaplanan güvenlik katsayısı, 2D LEM yöntemine göre az farkla yüksek bulunmuştur. Kayma yüzeyleri açısından, 2D FEM yöntemi, 2D LEM'e kıyasla daha derin bir seviyede kayma yüzeyini belirlemiştir. 3D FEM analizlerinde, güvenlik katsayısı hem 2D LEM hem de 2D FEM yöntemlerine kıyasla daha yüksek değerlerde bulunmuştur. 3D FEM yöntemi ise, yan sınır etkilerini ve üç boyutlu deformasyon mekanizmalarını dikkate alarak kayma yüzeyini 2D LEM'den daha derin hem de 2D FEM'e kıyasla daha orta seviyede modellemiştir. Balaban heyelan sahasında, dört farklı jeolojik birim içeren basit bir geometride iki kesitte (Kesit 1-1 ve Kesit 2-2) stabilite analizleri gerçekleştirilmiştir basit geometriye sahip bu sahada, 2D FEM yöntemi ile hesaplanan güvenlik katsayısı, 2D LEM'e göre daha düşük bulunmuştur. Kritik kayma yüzeyleri açısından, 2D FEM yöntemi, 2D LEM'e kıyasla daha geniş bir kayma yüzeyi modeli sunmuştur. Referans kayma yüzeyiyle uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. 3D FEM analizlerinde, güvenlik katsayısı 2D LEM ve 2D FEM yöntemlerinden daha yüksek bulunmuştur. 3D FEM, yan kuvvet etkilerini ve deformasyon mekanizmalarını dikkate alarak, kayma yüzeyini daha derin bir seviyede modellemiştir. Pekmez heyelan sahasında ise üç jeolojik birim içeren basit bir geometride (Kesit 1-1, Kesit 2-2, Kesit 3-3 ve Kesit 4-4) stabilite analizleri gerçekleştirilmiştir. Üç farklı jeolojik birime sahip basit geometrilerde yapılan analizlerde, 2D FEM yöntemi ile hesaplanan güvenlik katsayısı, 2D LEM'den daha düşük bulunmuştur. Kayma yüzeyleri açısından, 2D FEM yöntemi, 2D LEM ile uyumlu sonuçlar sağlamış ve referans kayma yüzeyiyle örtüşmüştür. 3D FEM analizlerinde, güvenlik katsayısı 2D LEM ve 2D FEM yöntemlerine göre daha yüksek bulunmuştur. 3D FEM yöntemi, yan kuvvet etkilerini dikkate alarak kayma yüzeyini en derin seviyede modellemiştir. 2D FEM yöntemi ile hesaplanan güvenlik katsayısı, hem karmaşık (Zığ) hem de basit geometrilere (Balaban ve Pekmez) sahip sahalarda, referans alınan 2D LEM yöntemine daha yakın bulunmuştur. Bu durum, 2D FEM'in gerilme-deformasyon ilişkisini daha gerçekçi şekilde modellemesiyle açıklanabilir. Kayma yüzeyleri açısından, 2D FEM yöntemi, karmaşık geometrilerde (Zığ) daha derin; basit geometrilerde (Balaban ve Pekmez) ise 2D LEM ile daha uyumlu sonuçlar vermiştir. 3D FEM sonuçları hem 2D LEM hem de 2D FEM yöntemlerine kıyasla tüm sahalarda daha yüksek güvenlik katsayıları ve daha derin kayma yüzeyleri sunmuştur. Bu, 3D FEM'in yan kuvvet etkilerini ve üç boyutlu deformasyon mekanizmalarını dikkate almasıyla ilişkilidir. 3D FEM yöntemi, özellikle karmaşık sahalarda heyelan stabilitesini daha gerçekçi ve güvenilir şekilde değerlendirmiştir. Bu çalışma, mühendislik projelerinde güvenlik katsayılarının ve kayma yüzeylerinin belirlenmesinde 2D ve 3D analiz yöntemlerinin etkinliğini değerlendirmek ve literatürdeki verilerle uyumlu bir çerçeve sunmak açısından önemli bir yere sahiptir.