İzmit havzasının genç çökellerinin deprem esnasındaki davranışları

Abstract

Anahtar Kelimeler: İzmit Havzası, Sıvılaşma, Sıvılaşma Analizleri, YSA, CBS İzmit Havzası genç çökellerinin depremdeki davranışlarının araştırıldığı bu çalışmada havzanın jeomorfolojik, jeolojik, mühendislik jeolojisi ve jeodinamik özellikleri incelenmiştir. Özellikle genç tutturulmamış kırıntılı çökellerin depremdeki davranışları çalışmanın asıl konusunu oluşturmaktadır. İnceleme alanı Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun Kuzey kolunun açmış olduğu graben görünümlü genç bir havzadır. Jeomorfolojik olarak havza kuzeyde Kocaeli Penepleni ve güneyde Samanlı Dağ Yükselimi arasında düzlük bir alandır. Bölgede aktivitesini devam ettirmekte olan Kuzey Anadolu Fayı inceleme alanının jeomorfolojik konumunu denetleyen ana unsurdur. Alüvyal birikintiden oluşan inceleme alanında kumlu ve siltli düzeyler yer yer egemen litolojilerdir. Yeraltısu seviyesi ölçülen değerlere göre topoğrafik yüzeye yakındır. Genç birimlerin mühendislik özelliklerinin tanımlanması için bölgede daha önce yapılmış ve bu tez çalışması sırasında yapılmakta olan sondaj, arazi ve laboratuar deney verileri değerlendirilmiştir. Sondaj, arazi ve laboratuar çalışmaları genelde havzanın batı bölümünde Saraybahçe, Kullar ve Köseköy Beldeleri sınırları içerisinde yoğunlaşmaktadır. Buna bağlı olarak mühendislik jeolojisi verileri, değerlendirmeler ve zeminlerin deprem sırasındaki davranışlarının tanımlanması genelde bu kesimlerde ele alınmıştır. Bu çalışmada özellikle sıvılaşma davranışları ve buna bağlı gelişen oturma miktarları araştırılmıştır. Sıvılaşma analizinde, zeminlerin özelliklerine göre farklı iki değerlendirme dikkate alınmıştır. İri taneli zeminlerin sıvılaşma riskinin (liquefaction oppurtunity) belirlenmesi amacıyla Seed and Idriss (1971) tarafından geliştirilen yöntem ve bu yöntemin uygulanması için LiquefyPro (CivilTech 2002) programı kullanılmıştır. Buna göre sondajlarda iri taneli zemin seviyelerindeki SPT N3o değerleri kullanılarak bu zonların sıvılaşma riski ve sıvılaşma veya sismik bir yükten dolayı oluşan oturma değerleri belirlenmiştir. Standart sıvılaşma analizi olarak tanımlanan bu yöntem sonucuna göre toplam 61 kuyudan 36 tanesindeki değişik kumlu seviyelerde sıvılaşma riski belirlenmiştir. Bu kesimlerde ortalama toplam oturma 7.83 ile 13.27 cm arasında değişmektedir. En düşük oturma Saraybahçe yerleşim alanında izlenmiştir. Standard sıvılaşma analizinden elde edilen sonuçlar Coğrafi Bilgi Sisteminde (CBS) İzmit Havzası için değerlendirilmiştir. İnce taneli zeminlerin (ince kum-silt) sıvılaşma yatkınlığının (liquefaction susceptibility) belirlenmesi için Modifıye Edilmiş Çin Kriterleri yöntemi kullanılmıştır. Zeminlerin kıvam ve indeks özellikleri dikkate alınarak uygulanan bu yöntem sonucunda toplam iki sondaj alanında sıvılaşma yatkınlığı belirlenmiştir. Bu iki deterministik sıvılaşma analizi yanında bilgiye dayalı bir yöntem olan Yapay Sinir Ağlan (YSA) yöntemi ile de sıvılaşma değerlendirmesi yapılmıştır. Bu amaçla Matlab V 6.5 programı editöründe biri eğitim ve diğeri test olmak üzere iki algoritma yazılmıştır. Türkiye sınırları içinde meydana gelmiş daha önceki depremlerde sıvılaşmış ve sıvılaşmamış alanlardaki zeminlerin verileri yardımıyla hazırlanan bir eğitim seti ile eğitilen YSA, ikinci aşamada İzmit Havzası zemin verilerini belli bir deprem karşısında sıvılaşabilirlik için test amaçlı kullanılmıştır. Eğitilen ağın 1 (sıvılaşma var) ve 0 (sıvılaşma yok) değerlerine tam olarak ulaşmadaki başarı oranı % 92.3 olmuştur. YSA ile elde edilen sıvılaşma potansiyeli analiz sonuçlan, standart sıvılaşma analiz yöntemi sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Eğitim safhası basan oranı yüksek olmasına karşın test safhası başarı oranlarının düşük seviyelerde olduğu görülmüştür.

Keywords: İzmit Basin, Liquefaction, Liquefaction Analyses, ANN, GISDynamic behavior of young sediments in İzmit Basin in an earthquake was studied along with geomorphologic, geologic, engineering geologic and geodynamic features of the basin. Behavior of young sediments including loose and alluvial material in earthquake is the main subject of this study. İzmit Basin developed in the control of North Anatolian Fault System is a young graben like depression basin. İzmit Basin is morphologically located as a plain between Kocaeli Peneplane in north and Samanlıdağ Highlands in south. Northern strand of North Anatolian Fault System crossing the study area in east west direction is active in the region. Layers with sand and silty sand materials are common in the alluvial basin. The ground water measurements yield that the groundwater level is close the surface in the area. Data obtained from previous and recent borings, field and laboratory tests were assesed for defining engineering properties of young sediments. These borings, field and laboratory tests are densely existent in the west section of the basin in Saraybahçe, Kullar and Köseköy areas. Thus, this section of the basin was evaluated for engineering geologic and geodynamic purposes. Soil liquefaction and settlements due to liquefaction were specifically analyzed by this study. Two evaluation methods were carried out for soil liquefaction analyses based on soil properties. A computer program called LiquefyPro (CivilTech 2002) which runs liquefaction analyses based on Seed and Idriss (1971) approach was utilized to assess soil liquefaction risk (opportunity) for coarse grained soils. SPT N30 values of coarse grained soils were used in the liquefaction analyses and settlements due to liquefaction or seismic shaking were also determined. This method which is called Standard Liquefaction Analysis indicated that 36 out of 61 borings carry liquefaction risk in different sandy and gravelly sand levels. Calculated total average settlements varied from 7.83 to 13.27 cm. The lowest settlement was observed in Saraybahçe area. The results obtained from standard liquefaction analyses were imported to Geographical Information System (GIS) to map the liquefaction potential and seismic settlements in İzmit Basin. Modified Chinese Criteria (MCC) method was performed for liquefaction susceptibility of fine grained soil layers. This method which takes into account consistency and index properties of soils identified two boring areas that are susceptible to liquefaction. Artificial Neural Network (ANN) was employed for liquefaction assessment along with other two deterministic liquefaction analysis methods. Two algorithms, one is for training and the other one is for testing purposes, were compiled in Matlab V 6.5 editor. First, training data set containing liquefied and non-liquefied soil data from selected previous Turkish Earthquakes trained ANN, and then ANN was utilized to test the İzmit Basin soil layers for liquefaction potential. Trained ANN had a success rate as 92.3 % to reach the 1 (liquefaction) and 0 (no liquefaction) values. Results of ANN method were compared with standard liquefaction analysis results. Although the training phase was very successful, the test phase supplied lower success rates.