Sıvılaşabilen zemin tüneli sismik performansı

Tüneller, menholler, boru hatları, metro istasyonları, derin temeller ve cankurtaran sistemleri gibi zemin yüzeyinin altındaki yapıların sismik performans değerlendirmesi, modern kentsel alanların büyümesinde önemli bir konudur. Bu nedenle, özellikle yüksek sismik risk bölgelerinde hasar riskini azaltmak için güvenilir araç ve yöntemler geliştirilmesine duyulan ihtiyaç bir önceliktir. Zemin yüzeyinde bulunan yapıların sismik performansları genellikle yapının atalet kuvvetlerine, zemin büyütmesine ve yapının temel sistemi ile temel zeminine bağlıdır. Doğal periyot ve titreşim modları yeraltı yapıları için anlamsızdır, dolayısıyla yeraltı yapıları deformasyonu göreceli deplasmanlar tarafından yönetilir. Deprem sırasında yapıyı çevreleyen zeminin davranış biçimi yapı üzerinde etkilidir. Bir yeraltı yapısının tasarlanması için riskin değerlendirilmesi, güçlü yer hareketi sırasında oluşabilecek davranış biçimlerine karşı önlem almaktır. Geçtiğimiz yirmi yıl içinde, depremler sırasında sıvılaşmış zemine gömülü yeraltı yapılarının zemin yüzeyine çıkması araştırmacıların ilgi alanı olmuştur. Bu tez çalışması kapsamında geoteknik açıdan deprem kuvvetleri altında sıvılaşan zeminde oluşan boşluk suyu basıncı nedeni ile tünelin zemin yüzeyine doğru hareket etmesi incelenmiştir. İkinci bölümde, sıvılaşmış zeminlerde yeraltı yapıları ile ilgili literatürde mevcut bazı arka plan bilgileri verilmiştir. Gömülü derinlikte tünel davranışı üzerine derinliğin, tünelin gömülü derinlik oranının, yer hareketi yayılım yönünün, geçirgenlik, sürtünme açısı ve zeminin dilatasyon açısı gibi farklı parametrelerin etkisi incelenmiştir. Bu parametrelerin, tünellerin sismik davranışları üzerindeki etkilerine ilişkin mevcut anlayışın, deney eksikliği veya gerçek durum verileri nedeniyle kısıtlandığı belirtilmelidir. Mevcut sayısal yöntemler varsayımlara dayanmaktadır. Bu nedenle, sayısal analizlerin validasyonu, deneysel çalışmalar ve nümerik simülasyonlar dikkatli bir şekilde gerçekleştirilerek oluşturulabilir. Beşinci bölümde, suya doygun kumda gömülü tünel ile ilgili Opensees platformunda uygulama için sonlu eleman modellemesi yöntemi ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Seçilen zaman adımı ve yeterli eleman ağ gözü büyüklüğü gibi modelleme sırasında ortaya çıkabilecek en önemli konular netleştirilmiştir. Geoteknik hesaplamalarda kullanılan pratik sınır koşulları açıklanmıştır. Bununla birlikte, bu araştırmada kullanılan absorb (etki azaltan) sınır koşulu ve farklı sınır koşullarının zemin-tünel sistemi davranışı üzerindeki etkisi ihmal edilmiştir. Serbest alan analizleri için sayısal ana hat, alanın uzak alan kenarlarından gelen enerjinin yansımasını azaltmak ve zemin-tünel arayüzünde yapısal ve hidrolik etkileşimleri temsil etmek amacıyla sınır koşuluna daha fazla dikkat edilmektedir. Analiz prosedüründe öncelikle tünel-zemın sıstemınınzemin yüzeyine doğru hareket etme davranışını değerlendirmek için dinamik analiz ile yerçekimi analizleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, sonlu elemanlar modelinde, tünelin yükselme davranışındaki maximun zemin ivmesinin etkisini araştırmak için farklı yer hareketi genlikleri ile analiz edilmiştir. Kohezyonsuz doygun gevşek kum içinde sıvılaşma sonrası zemin davranışı için ilave analizler yapılmıştır. Bölüm 6'da kullanılan zemin tepkisi modelinin özellikleri Bölüm 5'te olduğu gibi açıklanmış, parametrik analizleri gerçekleştirilmiştir. Tek eleman seviyesinin kalibrasyonu, drenajlı ve drenajsız koşullar için hem dinamik hem de monotonik olarak çözümlenmiştir. Zemin tabakalarını oluşturan parametreler, yaygın olarak kullanılan yarı deneysel sıvılaşmayı tetikleyen yöntemlerekarşı kalibre edilmiştir. Oluşturulan model kalibrasyonunun bir prosedürü olarak, kayma modülü azalım eğrisinin zemin kesmedayanımı ile uyumlu olmasını sağlamak için yeni bir yol kullanılmıştır. Openses proğramında PressureDependentMultiYield (PDMY02) modeli için kapsamlı bir bünyesel zemin model kalibrasyonu uygulanmıştır. Gerçek sıvılaşabilir profil çalışmaları için doğrusal olmayan 2D zemin tepkisi analizlerinde kullanılacak zeminin daha doğru yanıtını yakalamak amacıyla kalibrasyon araştırmacılar tarafından bildirilen SPT testinin farklı darbe sayılarına sahip olan yoğun kumlara göre yapılmıştır. Monotonik ve dinamik basit kesme kuvveti deneyi için tek elemanlı simülasyon ile nümerik değerlendirme yapılmıştır. Farklı başlangıç sınırlarında düşey basınçların farklı derinliklerde zemin davranışını simüle ettiği düşünülmüştür. Simülasyon sonuçları, kum için EPRI1993 önerilen modül azaltımı ile karşılaştırılmış, kalibre edilmiş parametrelerin sonucu, EPRI1993 önerilen modül azaltımı ile uyumlu olduğu gözlenmiştir. Altıncı kısımın ikinci bölümünde, kalibre edilmiş yapısal model parametreleri, Wildlife Array bölgesi ve Kobe liman adası alanının 2D saha sonuçlarını gerçek vaka çalışmaları ile doğrulamak için kullanılmıştır. Wildlife Liquefaction Array (WLA) alanı için, Superstition Hills depreminin down-hole array, modelin tabanında bir girdi hareketi olarak kullanılmıştır. Kobe Port Island istasyon sahası için, deprem kaydı olarak 1995 Kobe depreminin 32m derinliğindeki kayıt kullanılmıştır. Simulasyonlardan zemin seviyesindeki hız, hız ve yer değiştirme zamanlarının, her bir sahadaki kayıtlı verilerle iyi bir uyum içinde olduğu gözlenmiştir. Kalibre edilmiş model parametreleri daha sonra doğrusal davranış için gerçek vaka çözümlerine göre doğrulanmış ve Superstition Hills depremi Wildlife Liquefaction Array (WLA) bölgesinde ve Hyogoken-Nanbu'daki için down-hole array kaydına karşı doğrulanmıştır. Kobe liman adasındaki Kobe depremine ait zemin parametrelerini doğrulamak ve tipik olarak ampirik verilerde bulunmayan geoteknik parametrelerin incelenmesi için bir dizi parametrik 2D saha analizi yapılmıştır. Sonuçta elde edilen yüzey ivme spektrumları deneysel yönteme benzer bir şekilde karşılaştırılmaktadır. Yüzey dalgası ve basen etkisi gibi 2D ve 3D efektlerini veya 1D modelinin sıvılaşma altındaki 1D dalga yayılımının tüm göze çarpan yönlerini gösterme kabiliyetindeki olası eksiklikleri yakalamak için 1B saha yanıt analizi dikkate alınmıştır. Zemin yapı sisteminin yukarı hareket etmesi veya oturması üzerinde zemini parametrelerinin etkisi, tünel ve zemin alanının geometrik etkisinin tünel-toprak sisteminin tünel ve derinlikteki tünel-zemin sistemi üzerindeki etkisi ve yüksekliğinin tünel ve etki oranına etkisi bu hareketin frekans içeriği olarak yer hareketi karakteristik parametrelerinin, yer hareketinin ve süresinin genliği tünelin davranışına etkileyen ana parametrelerdir. Öte yandan, sıvılaşabilir zeminde yer alan tünel-zemin sistemi üzerinde etkisi nedeniyle sadece frekans içeriğine ve ivme genlik olarak incelenen geometrinin ve yer hareketi özellikleri etkisi, , literatürde yaygın olarak kullanılan basit bir yöntem olarak gerçekleştirilmektedir. Bu araştırmada, aynı anda yatay ve düşey olarak uygulanan deprem ivmesinin, sıvılaşan zeminde tünel-zemin sisteminin düşey yönde yukarı doğru hareket miktarı ve oturma üzerindeki etkisi ve farklı relatif sıkılığın tünel-zemın sisteminin düşey yönde yükselmesi üzerindeki etkisinin incelenmiştir. Yatay ve düşey ivme kombinasyonunun etkisini değerlendirmek açısından, düşeyden yatay maksimum genlik oranıyla birlikte (V / H> 1), tünelin yükselme eğiliminde bir artış olduğu gözlemlenmiştir. Öte yandan, V / H ile 1'den küçük yatay ve düşey uyarım kombinasyonu, yatay ivmenin etkisini azaltarak yukarı doğru hareket miktarını azaltacaktır. Yüksek Relatif sıkılıkta olan kumda ilave boşluk suyu basıncının oluşmaması nedeniyle sıvılaşma olmamıştır. Relatif sıkılık azaldıkça tünelin yer değiştirmesi ve yer değiştirme hızının arttığı gözlenmiştir. OpenSees açık kaynak kod platformunda katı akışkan tam efektif stres kullanılarak tünel sayısal simülasyonlarının sıvılaşma sonrası oturmasının değerlendirilmesi için yapıldı. 1995 Kobe deprem kayıtlarının yatay bileşenleri seçilmiş ve frekans aralığında değişiklik olmaması nedeni ile kayıtların ilk 40 saniyesi analizinde dikkate alınmıştır. Orta sıkılıkta Dr =57% olan Neveda kumu Dr = 74%. olan kumun üstünde yer almaktadır. Tünel davranışını sıvılaştırılabilir zemin ile inceliyebilmek için, zemin içindeki yatay ve düşey kritik noktalar olarak alınmıştır. Relatif sıkılık arttıkça, uzak alan, yakın alan ve alanın merkezindeki oluşan tünelin yukarı doğru harekei ve oturmalar azalmaktadır.