Taş kolonlar ile iyileştirilen yumuşak killerin deformasyon ve göçme davranışı

Abstract

Bu tez çalışmasında yaygın kullanım alanı olan zemin iyileştirme yöntemlerinden taş kolonların deformasyon davranışı incelenmiştir. Yumuşak kil içerisinde imal edilen taş kolonların, dolgu altındaki davranışını araştırmak için sonlu elemanlar yöntemi ile oluşturulan iki boyutlu sayısal modeller hazırlanarak analizler yapılmıştır. Sayısal modellerde birim hücre prensibinin dikkate alındığı, taş kolon imalatları için eşdeğer alan oranı ile eşdeğer rijitlik ve basitleştirilmiş eşdeğer iyileştirme olmak üzere üç farklı modelleme yöntemi incelenmiş ve problemin iki boyutlu düzlem deformasyon şartlara dönüşümü sağlanmıştır. Aynı zamanda yumuşak kil birim davranışının en doğru şekilde tanımlanabilmesi için `Mohr-Coulomb`, `Pekleşen Zemin` ve `Yumuşak Zemin Akma` modelleri kullanılarak analizler yapılmıştır. İlk etapta, yapılan farklı analiz sonuçları, santrifüj ortamında yapılan deney sonuçları ile kıyaslanmıştır. Santrifüj ve sayısal modellerden elde edilen sonuçlar; başlangıç gerilme koşulları, boşluk suyu basıncı, efektif gerilmeler, aşırı konsolidasyon oranı ve deplasmanlar bakımından kıyaslanmıştır. En uygun dönüşüm yöntemi ile birlikte malzeme modeli belirlenerek, ikinci etapta temel sistemi ve taş kolonun geometrik özelliklerinin değişimine bağlı elde edilen sonuçlar irdelenmiştir. İrdelenen sonuçlar arasında, grup kolon içerisindeki yenilme mekanizmaları, dolgu altında imal edilecek esnek ve rijit temeller için deplasman kıyaslaması, aynı alan oranına sahip farklı çaplarda taş kolon gruplarının iyileştirme etkileri, model derinliğinin etkileri, taş kolon boyu ile deplasman arasındaki etkileşimler bulunmaktadır.

Deformation behavior of stone columns, which are widely used as a ground improvement method, were investigated within the scope of this thesis. Two dimensional numerical models were analyzed by using finite element method to investigate the behavior of stone columns constructed in soft clay. Three different modeling methods have been studied in this thesis which take principle of unit cell into consideration for the construction of stone columns. These models use equivalent area ratio, equivalent stiffness and simplified equivalent improvement methods. In this way, the problem is converted to two-dimensional plane deformation conditions. Also, `Mohr-Coulomb`, `Hardening Soil` and `Soft Soil Creep` models were used in the analyses to describe the behavior of the soft clay most accurately. At the first stage, the results of the analyses were compared with the test results performed in centrifuge. Centrifuge test results and numerical analyses results were compared in terms of initial stress conditions, pore water pressure, effective stresses, over consolidation ratio and displacements. Material model was determined by using the most appropriate conversion method and at the second stage, the analyses results depending on the foundation system and geometrical properties of stone columns were evaluated. The results of the study include; failure mechanisms of column groups, comparison of displacements for flexible and rigid foundations under embankments, effect of improvement by column groups which have different area ratio with different diameters, effect of model depths, interaction between stone column length and displacements