Lif Katkılı Kumlu Şevlerin Sızma Suları Altındaki Davranışlarının Fiziksel Laboratuvar Deneyleri ve Nümerik Analizler ile İncelenmesi

Abstract

Akarsu kıyısı erozyonunun en önemli etkenlerinden birisi yeraltı suyu akışıdır. Özellikle, yeraltı suyunun akarsu taban akışını desteklediği dere içine doğru akışı sırasında akarsu kıyısı sediman daneleri sürüklenebilir veya sıvılaşabilir. Geçmiş çalışmalar daha çok yeraltı suyu sızma erozyonunun mekanizmasına yoğunlaşmıştır. Ancak bu çalışmada, bitki köklerinin doğal yamaçlardaki erozyona karşı etkisini taklit edebilen 6 ve 18 mm uzunluğundaki polipropilen lif malzemesini kullanan bir koruyucu önlem metodu laboratuvar fiziksel akarsu kıyısı model deneyleri (iki boyutlu, üç boyutlu ve prototip ölçeğinde) ile incelenmiştir. Akarsu kıyısı fiziksel modelleri kuru birim hacim ağırlığı 14 kN/m3 ve şev yüzeyi 45o olacak şekilde kum kullanılarak inşa edilmiştir. Zemin kutularının memba kısmında bulunan su haznesinde deneyler sırasında sabit kalan çeşitli piyezometrik yükseklikler akarsu kıyısı şev modelinde farklı yeraltı suyu hidrolik eğimleri yaratabilmiştir. Prototip modellerde akarsu kıyısı şev modeli içerisinde oluşan pozitif boşluk suyu basınçları titreşim telli piyezometreler tarafından ölçülmüştür. Buna ek olarak, erozyon kanalı yan duvarı boyunca konumlandırılan tansiyometreler de şev yan yüzeyindeki boşluk suyu basınçlarını ölçmüştür. Katkısız kum ile yapılan deneyler sırasında yeraltı suyunun şev yüzeyinden çıkış yapmaya başlamasıyla birlikte bu bölgedeki sediman erozyonu da aynı zamanda gerçekleşmiştir. Prototip ölçekli zemin kutusunda şev erozyonu sonucunda oluşan oyukların hacimleri (toprak kaybı hacimleri) üç-boyutlu lazer taraması tekniğiyle hesaplanmıştır. Katkısız ve katkılı kum (ağırlıkça lif içeriği %0 ila %1.0 arasında değişmiştir) numuneler üzerinde yapılan üç-eksenli basınç testleri lif içeriğinin artmasıyla kohezyon değerinin arttığını göstermiştir. %0.3 lif katkılı kumla yapılan prototip deneyler toplam sızma erozyonu hacminin katkısız kuma göre %47 oranında azaltılabileceğini göstermiştir. Kohezyondaki artışa bağlı olarak, lifli akarsu kıyısı koruması %1.0 lif içeriğiyle katkısız kumda gözlenmiş olan erozyonu tamamen önlemiştir.