Şev stabilitesi ve stabilizasyon yöntemlerinin sonlu elemanlar metodu ile değerlendirilmesi: Afyonkarahisar Çay bölgesi baraj vadisi ve karayolu şevlerine ilişkin vaka analizleri

Abstract

Bu çalışma kapsamında, iki farklı şev yapısı için statik ve dinamik koşullar altında kapsamlı stabilite analizleri gerçekleştirilmiştir. Araştırmanın ilk aşamasında, ankraj elemanları ile iyileştirilmiş bir baraj vadi şevi ele alınmış; aşırı yağışlar sonucunda oluşabilecek beş farklı yeraltı su seviyesi senaryosu ile bu olumsuz etkilerin azaltılmasına yönelik 5 m, 10 m ve 20 m uzunluğundaki drenaj sistemlerinin performansı PLAXIS 2D yazılımı kullanılarak statik ve dinamik analizlerle değerlendirilmiştir. Araştırmanın ikinci aşamasında ise karayolu güzergâhında yer alan problemli doğal bir yol şevinin stabilitesini artırmak amacıyla drenaj sistemi, topuk istinat duvarı, yapay destek dolgusu ve ankraj uygulamaları ayrı ayrı ve birlikte modellenmiş; bu iyileştirme önlemlerinin performansları statik ve dinamik koşullar altında karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.

Elde edilen bulgular, aşırı yağışlara bağlı yeraltı su seviyesi yükselmelerinin şev stabilitesi ve ankraj performansı üzerinde belirleyici bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Yeraltı su seviyesinin yükselmesiyle birlikte güvenlik katsayısında (Fs) belirgin azalmalar meydana gelmiş, potansiyel göçme yüzeyleri derinleşmiş ve deformasyonlar önemli ölçüde artmıştır. Bunun yanı sıra, ankraj bölgelerinde gerilme yığılmalarının oluştuğu belirlenmiş; ankraj sistemlerinin şev stabilitesini önemli ölçüde artırmasına rağmen, yağış kaynaklı hidrostatik etkileri tek başına tamamen ortadan kaldırmaya yeterli olmadığı görülmüştür. Baraj vadi şevi üzerinde gerçekleştirilen drenaj analizleri ise yeraltı su seviyesinin etkin biçimde kontrol altına alınmasını sağlayarak güvenlik katsayılarının kritik sınırların üzerinde kalmasına katkı sağlamış ve ankraj sistemi ile birlikte kullanıldığında aşırı gerilme birikimlerini önemli ölçüde azaltmıştır.

Karayolu şevi analizleri ise drenaj uygulamasının tek başına yeterli olmadığı durumlarda topuk istinat duvarı, yapay destek dolgusu ve ankraj sistemlerinin birlikte kullanılmasının şev stabilitesini önemli ölçüde iyileştirdiğini ortaya koymuştur. Özellikle birleşik iyileştirme çözümleri, hem statik hem de dinamik yüklemeler altında deformasyonları azaltmış ve güvenlik katsayılarını kabul edilebilir seviyelere yükseltmiştir.

Sonuç olarak, çalışma statik ve dinamik analizlerin birlikte değerlendirilmesinin şev davranışının daha gerçekçi biçimde ortaya konulması açısından büyük önem taşıdığını göstermektedir. Özellikle aşırı yağış koşullarında meydana gelen yeraltı su seviyesi artışları şev stabilitesini kritik düzeyde olumsuz etkilemekte; bu nedenle yalnızca ankraj uygulamalarının yeterli olmadığı, drenaj sistemleri ile desteklenen ve gerektiğinde istinat yapıları ile güçlendirilen bütünleşik şev iyileştirme yaklaşımlarının uygulanmasının güvenli ve sürdürülebilir tasarımlar için zorunlu olduğu sonucuna ulaşılmıştır.In this study, comprehensive stability analyses were performed under static and dynamic conditions for two different slope structures. In the first phase of the research, a dam valley slope improved with anchor elements was considered; the performance of drainage systems of 5 m, 10 m, and 20 m lengths, aimed at mitigating the negative effects of five different groundwater level scenarios resulting from excessive rainfall, was evaluated using static and dynamic analyses with PLAXIS 2D software. In the second phase of the research, drainage systems, toe retaining walls, artificial support fill, and anchor applications were modeled separately and together to improve the stability of a problematic natural road slope located along a highway route; the performance of these improvement measures was examined comparatively under static and dynamic conditions.

The findings show that groundwater level increases due to excessive rainfall have a decisive effect on slope stability and anchor performance. With the rise in groundwater level, significant reductions in the safety factor (Fs) occurred, potential failure surfaces deepened, and deformations increased significantly. In addition, it was determined that stress concentrations occurred in the anchorage areas; although anchorage systems significantly increased slope stability, they were not sufficient to completely eliminate the hydrostatic effects caused by rainfall alone. Drainage analyses performed on the dam valley slope ensured that the groundwater level was effectively controlled, contributing to keeping the safety factors above critical limits and significantly reducing excessive stress concentrations when used in conjunction with the anchorage system.

Highway slope analyses revealed that when drainage alone was insufficient, the combined use of toe retaining walls, artificial support fills, and anchorage systems significantly improved slope stability. In particular, combined improvement solutions reduced deformations under both static and dynamic loadings and raised safety factors to acceptable levels.

In conclusion, the study demonstrates that the combined evaluation of static and dynamic analyses is of great importance in more realistically portraying slope behavior. Especially under conditions of excessive rainfall, increases in groundwater levels critically and negatively affect slope stability; Therefore, it has been concluded that anchoring alone is insufficient, and that integrated slope improvement approaches, supported by drainage systems and reinforced with retaining structures when necessary, are essential for safe and sustainable designs.