BORA SÖNMEZ, GÜLSEREN DAĞDELENLER, NAZLI TUNAR ÖZCAN, MURAT ERCANOĞLU, HARUN SÖNMEZ

Yapay Sinir Ağı Kullanılarak CPT Tabanlı Sıvılaşma Değerlendirme Abağının Geliştirilmesi

Depremler sırasında suya doygun kohezyonsuz (veya düşük kohezyonlu) zeminlerde gelişen sıvılaşma olayı etkilediği alanlarda yapısal hasarları arttırarak çok sayıda can ve mal kayıplarına neden olmaktadır. Yeraltı su seviyesinin yüzeye yakın olduğu ve depremselliği yüksek bölgelerdeki suya doygun kumlu ve siltli toprak zeminlerin, sıvılaşmaya olan yatkınlığı bilinmektedir. Bununla birlikte, bu tür zeminlerde zeminin sıkılığını da yansıtan standart penetrasyon testi (SPT) ve/veya konik penetrasyon testi (CPT), makaslama dalgası hızı (Vs) gibi yerinde uygulanan deney verilerinin de girdi olarak kullanıldığı yöntemlerle zeminlerin sıvılaşmaya karşı güvenlik katsayısı (FL) hesaplanabilmektedir. SPT, CPT ve Vs verilerini girdi olarak kullanan bu yöntemler ampirik yaklaşımlar olup, her ampirik yöntemde olduğu gibi artan veri sayısına bağlı olarak bu yöntemler de gelişmeye açıktırlar. Bu ampirik yaklaşımların şekillendirilmesinde kullanılan veriler sıvılaşmaya duyarlı alanlarda meydana gelen depremler sonucunda elde edildikleri için, yapay olarak üretilmeleri zor olup, bu nedenle verilerin bilimsel değerleri de oldukça yüksektir. SPT, CPT ve Vs verilerinin girdi olarak kullanıldığı üç yöntemde de sıvılaşmanın varlığı ile yokluğu arasındaki sınır eğrileri mevcut gerçek verilere uydurularak çizilmiş olup, analizlerde kullanılmak üzere bazı eşitliklerle tanımlanmışlardır. Diğer bir ifadeyle, bu eğrisel sınırların çizilmesinde analitik (veya bir hesabı dikkate alan) yaklaşımdan ziyade veriye dayalı uzmanların görüşleri kullanılmıştır. Bu çalışma kapsamında, 1999 yılında Tayvan'daki Chi-Chi depremi sonrasında CPT deneylerinin de yapıldığı, sıvılaşma gözlenen ve gözlenmeyen sahalara ait olan ve Ku vd. (2004) tarafından raporlanan veri tabanı kullanılmıştır. Robertson ve Wride (1998) tarafından önerilen CPT tabanlı yaklaşımdaki normalize edilmiş konik uç direnci (qc1N) ve çevrimsel gerilim oranı (CSR7.5) girdi parametreleri olarak kullanılırken, sıvılaşmanın varlık (1) ve yokluk (0) bilgisi ise çıktı olarak kullanılmıştır. qc1N ve CSR7.5 girdilerine bağlı olarak sıvılaşmanın varlığı (1) veya yokluğu (0) bilgisine analitik olarak ulaşmak için son yıllarda yerbilimleri alanında da başarıyla uygulanan yapay sinir ağı (Artificial Neural Network, ANN) öğrenme yöntemi kullanılmıştır. Öğrenme aşamasının devamında ise CPT tabanlı abaktaki qc1N ve CSR7.5 değerlerinin olası kombinasyonları ANN modelinde girdi parametresi olarak kullanılarak 1 ile 0 arasında çıktı olarak elde edilen sıvılaşma varlığı veya yokluğuna yatkınlık değerleri ile hesaplanmıştır. Öğrenme sonrasında ANN modeliyle tüm abağı kapsayarak üretilen veri seti kullanılarak CPT tabanlı sıvılaşma değerlendirme abağı geliştirilmiştir

Bulletin of the Earth Sciences Application and Research Centre of Hacettepe University

Liquefaction phenomena occurred in the saturated non-cohesive (or low cohesive) soils during the earthquakes may cause many casualties and damages to humans and properties which may increase the structural damages in the affected areas. It is known that the saturated sandy and silty soils are more susceptible to liquefaction in the areas where the groundwater level is close to the ground surface with high seismicity zones. However, in this type of soils, factor of safety (FL) against liquefaction of soil can be calculated with some methods performed by the in-situ test data such as standart penetration test (SPT) and/or cone penetration test (CPT), representing the ground stiffness, shear wave velocity (Vs) etc., used as inputs. These methodologies using the SPT, CPT and Vs data as inputs can be considered as the empirical methods at which they are open to modification, depending on the increase in the number of data, similar to almost every emprical methods. The data used in the forming of these empirical approaches which were obtained by the earthquakes occurred in the susceptible areas to liquefaction, it is difficult to produce them artificially, at which the scientific value of the data is quite high. These three methods, at which SPT, CPT and Vs data were used as inputs, were defined by some equations to be used in the analyses defined by the boundary curves between presence and non-presence of real liquefaction data. In other words, rather than the analytic approaches (or calculations that takes into account), data based expert opinions were considered while drawing of these curvilinear boundaries.In this study, after the Chi-Chi earthquake in Taiwan in 1999, where CPT tests were performed and reported by Ku et al. (2004), the database characteristics, belonging to the observed and unobserved liquefaction areas, were used. Normalized conical tip resistance value (qc1N) and cyclic stress ratio (CSR7.5) in the CPT-based approach proposed by Robertson ve Wride (1998) were used as input parameters, while the presence (1) and non-presence (0) liquefaction data were the outputs. To achieve the presence (1) and non-presence (0) liquefaction data analytically, considering the qc1N and CSR7.5 as inputs, artificial neural network learning method, successfully applied in the earth sciences in recent years, has been used. Following the learning stage, possible combinations of qc1N and CSR7.5 in the CPT-based chart were used as the inputs in the ANN model to calculate the propensity values as the outputs, ranging from 0 to 1, to liquefaction existence or not. Finally, CPT-based liquefaction prediction chart, including all data sets produced by ANN model, was developed

___

Akyürek, B., 1989. 1:100.000 ölçekli açınsama nitelikli Türkiye Jeoloji Haritaları serisi, Ayvalık G3 paftası. M.T.A. Genel Müd.
Yayınları, 97, 9, 1249-1273.
Chen, C.J. ve Juang, C.H., 2000. Calibration of SPT and CPT-based liquefaction evalu- ation methods. In: Mayne PW, Hryciw R (eds), Innovations and applications in geotechnical site characterization, Ge- otechnical Special Publication, ASCE, Reston, 97, 49-64.
Çetin, K.O., Seed, R.B., Kiureghian, A.D., Toki- matsu, K., Harder, L.F., Kayen, R.E., ve Moss, R.E.S., 2004. Standard penet- ration test-based probabilistic and de- terministic assessment of seismic soil liquefaction potential. Journal of Geo- technical and Geoenvironmental Engi- nering, 130, 12, 1314-1340.
Duru, M., Pehlivan, Ş., Şentürk, Y., Yavaş, F. ve Kar, H. 2004. New results on the lithost- ratigrapy of the Kazdağ Massif in nort- west Turkey. Turkish journal of Earth Sciences' A special issue commemora- ting, Okan Tekeli', 177-186.
Duru, M., Pehlivan, Ş., Dönmez, M., Ilgar, A., ve Akçay, E.A. 2007. 1/100.000 ölçekli
Türkiye Jeoloji haritaları Bandırma-İ18 Paftası, MTA, 102.
Emre, Ö., Doğan, A. ve Yıldırım, C., 2012. Biga
Yarımadasının diri fayları ve deprem po
tansiyeli. (eds: E. Yüzer and G. Tunay).
Biga Yarımadasının Genel ve Ekonomik
Jeolojisi, 28, Ankara: Pozitif Matbaacılık Ltd. Sti., 163-191.
Ercan, Ö.A., 2010. Balıkesir'in deprem sakını- mı ile kentsel tasarım yönelimi, çağdaş jeofizikle yerinceleme çalışmaları. Balı- kesir Kent Sempozyumu Bildiriler Kita- bı, EMOYayın No: SK/2011/3, Balıkesir, 21-46.
Herece, E., 1985. The Yenice-Gonen earthqu- ake of 1953 and some examples of re- cent tectonic events in the Biga Penin- sula of northwest Turkey. MSc. Thesis, Penn State Universty, ABD.
Holzer, T., 2008. Probabilistic liquefaction ha
zard mapping. Geotechnical Earthqua
ke Engineering and Soil Dynamics, IV, 1-32.
İçöz, E., Karadeniz, D. Arslaner, B., Bostancı, B. ve Türk, N., 2000. Burhaniye (Balıkesir)
Yerleşim Alanının Jeolojik- Jeofizik- Je
oteknik Etüd Raporu (Yayınlanmamış).
Iwasaki, T., Tatsuoka, F., Tokida, K. I., ve Ya- suda, S., 1978. A practical method for assessing soil liquefaction potential ba- sed on case studies at various sites in
Japan. Proc. 2nd International Confe
rence on Microzonation, 885-896.
Iwasaki, T., Tokida, K., Tatsuoka, F., Watanabe, S., Yasuda, S., ve Sato, H., 1982. Mic- rozonation for soil liquefaction potential using simplified methods. In: Procee- dings of the 3rd International Conferen- ce on Microzonation, Seattle, 3, 1319- 1330.
Juang, C.H., Yuan, H., Lee, D.H. ve Lin, P.S., 2003. A simplied CPT-based method for evaluating liquefaction potential of soils. Journal of Geotechnical and Geo- environmental Engineering, 129, 1, 66- 80.
Lee, D.H., Ku, C.S. ve Yuan, H., 2003. A study of the liquefaction risk potential at Yu- anlin. Taiwan Engineering Geology, 71, 97-117.
MTA, 2012. Maden Tetkik ve Arama Genel Mü- dürlüğü, Türkiye. http://yerbilimleri.mta. gov.tr/anasayfa.aspx, 15 Mayıs 2015.
Okay, A., Satır, M., Maluski, H., Siyako, M., Metzger, R., ve Akyüz, H.S., 1996. Pa- leo- and Neo-Tethyan events in nort- hwest Turkey: Geological and geochro- nological constraints: Yin, A: and Har- rison, T.M., eds. Tectonic Evolution of Asia: 420-44
Sarı, R., Tufan, E.A., ve Yenigün, K.G., 2010. Kentimizin heyelan, deprem ve taşkın alanları açısından irdelenmesi. Balıke- sir Kent Sempozyumu Bildiriler Kitabı EMO Yayın No: SK/2011/3, Balıkesir, 139-150.
Seed, H.B. ve Idriss, I.M., 1971. Simplified pro- cedure for evaluating soil liquefaction potential. Journal of Geotechnical Engi- neering, ASCE, 97, 9, 1249-1273.
Sönmez, H. ve Gökçeoğlu, C., 2005. A liquefac- tion severity index suggested for engi- neering practice. Environmental Geo- logy, 48, 81-91.
Sönmez, H., 2003. Modification to the lique- faction potential index and liquefaction susceptibility mapping for a liquefacti- on-prone area (Inegol-Turkey). Environ- mental Geology, 44,7, 862-871.
Ulusay, R., 2010. Uygulamalı Jeoteknik Bilgiler (Practical Information for Geotechnical Applications-Updated-Expanded 5th Edition). Jeoloji Mühendisleri Odası Ya- yını, Güncellenmiş ve Genişletilmiş 5. Baskı, Yayın No. 38, 458 sayfa.
Ulusay, R., Tuncay, E., Sonmez, H. and Gök- çeoglu, C., 2004. An attenuation relati- onship based on Turkish strong motion data and iso-acceleration map of Tur- key. Engineering Geology, 74, 3/4, 265- 291.
Wells, D., ve Coppersmith, K., 1994. New em- pirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area and surface displacement. Bulletin of the Seismological Society of Ameri- ca, 84, 974-1002.
Youd, T.L. ve Perkins, D.M., 1987. Mapping of liquefaction severity index. Journal of Geotechnical Engineering, 113, 11, 1374-1392.
Youd, T.L., Idriss, I.M., Andrus, R.D., Arango, I., Castro, G., Christian, J.T., Dobry, R., Finn, W.D.L., Harder, L.F., Hynes, M.E., Ishihara, K., Koester, J.P., Liao, S.S.C., Marcuson III, W.F., Martin, G.R., Mitc- hell, J.K., Moriwaki, Y., Power, M.S., Robertson, P.K., Seed, R.B., ve Stokoe II, K.H., 2001. Liquefaction resistance of soils: summary report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF work- shops on evaluation of liquefaction re- sistance of soils. Journal of Geotechni- cal and Geoenvironmental Engineering, 817-833.

ISSN: 1301-2894
Başlangıç: 1976
Yayıncı: Hacettepe Üniversitesi Yerbilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi

Arşiv