Effect of Fines and Ground Acceleration on Liquefaction Resistance of Silty Sand: Numerical Study

Abstract

Liquefaction is a phenomenon that damages structures that have not been adequately studied during the design process. While improving the performance of the buildings under dynamic loading conditions, it is essential to evaluate the liquefaction behavior of soils under the dynamic load. In this thesis, the constitutive soil model (UBCSand Model), which can simulate liquefaction, is used within the finite difference methods (FDM). First, results are compared with the laboratory test results to verify numerical liquefaction simulations. The physical and mechanical tests performed at Izmir Institute of Technology (IZTECH) are used as an input for the soil model. Then, a series of constant volume cyclic direct simple shear results (CDSS) tests performed for the same silty sands were used to verify the numerical study (Tutuncu, 2021 and Monkul, 2021). CDSS tests were performed on mixtures of clean sands and three non-plastic silts at different contents of 0%, 5%, 15%, and 35% allowing for observing the liquefaction response of silty sands of different grades (Monkul, 2021). The laboratory tests performed at Yeditepe University and Izmir Institute of Technology were combined to study the effect of fines content and relative density on cyclic liquefaction resistance of silty sands. The aim of this thesis is to perform a numerical model to evaluate the effect of fines content (FC), ground acceleration (amax) and relative density (Dr) on liquefaction resistance. The FDM model gives similar results to laboratory test results. Hence, the model can be used to assess the liquefaction with different soil models and conditions.

Sıvılaşma, tasarım sürecinde yeterince çalışılmamış yapılara zarar veren bir olgudur. Binaların dinamik yükleme koşulları altında performansını iyileştirirken, dinamik yük altında zeminlerin sıvılaşma davranışlarının değerlendirilmesi esastır. Bu tezde, sıvılaşmayı simüle edebilen kurucu zemin modeli (UBCSand Model), sonlu farklar yöntemleri (FDM) içerisinde kullanılmaktadır. İlk olarak, sayısal sıvılaşma simülasyonlarını doğrulamak için sonuçlar laboratuvar test sonuçlarıyla karşılaştırılır. Zemin modeli için girdi olarak İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü'nde (IYTE) yapılan fiziksel ve mekanik testler kullanılmıştır. Daha sonra, sayısal çalışmayı doğrulamak için aynı siltli kumlar için gerçekleştirilen bir dizi sabit hacimli çevrimsel doğrudan basit kesme sonuçları (CDSS) testleri kullanılmıştır (Tutuncu, 2021 ve Monkul, 2021). CDSS testleri, farklı derecelerdeki siltli kumların sıvılaşma tepkisini gözlemlemek için 0%, 5%, 15% ve 35% lik farklı içeriklerde temiz kum ve üç plastik olmayan silt karışımları üzerinde gerçekleştirilmiştir (Monkul, 2021). Yeditepe Üniversitesi ve İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü'nde gerçekleştirilen laboratuvar testleri, ince tane içeriğinin ve bağıl yoğunluğun siltli kumların döngüsel sıvılaşma direnci üzerindeki etkisini incelemek için birleştirildi. Bu tezin amacı, ince tane içeriğinin (FC), yer ivmesinin (amax) ve bağıl yoğunluğun (Dr) sıvılaşma direnci üzerindeki etkisini değerlendirmek için sayısal bir model gerçekleştirmektir. FDM modeli, laboratuvar test sonuçlarına benzer sonuçlar verir. Bu nedenle model, farklı zemin modelleri ve koşulları ile sıvılaşmayı değerlendirmek için kullanılabilir.