MÜHJEO 2015: Ulusal Mühendislik Jeolojisi Sempozyumu, 3-5 Eylül 2015, KTÜ, Trabzon

Transkript

1 Beylerli Göleti (Çardak-Denizli) Dolusavak Heyelanının Oluşum Mekanizması ve Nedenlerinin İncelenmesi Investigation of Reasons and Mechanisms of the Beylerli Dam (Çardak-Denizli) Spillway Landslide H. Kumsar 1,*, Ö. Aydan 2, R. Z.Acar 1, Ş. Tahracı 1, S. Subaşı 1, O. Genç 1 1 Pamukkale Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Kınıklı, Denizli 2 Department of Civil Eng. and Architecture, University of the Ryukyus, Nishihara, Okinawa, Japan (*hkumsar@pau.edu.tr) ÖZ: Denizli ili Çardak ilçesinin güney doğusunda yer alan ve inşaatı 2006 yılında tamamlanan Beylerli göletinin sol sahil yamacında farklı derecelerde bozunmuş şist, bazalt, diyabaz, serpantin ve radyolaritleri içeren melanj birimi ve bu birimin blok ve kırıntılarından oluşan yamaç molozu birimi yayılım gösterir. Yamaç içerisinde su çıkışlarının olması melanj birimindeki bozunma derecesinin artmasında etkili olmuştur. Bu yamaç içinde bir adet fosil heyelan ile 2004 ve 2009 yıllarında meydana gelen heyelan alanları mevcuttur.bu çalışma kapsamında 2009 tarihinde meydana gelen ve göletin dolusavak yapısına zarar veren heyelanın oluşum mekanizması ve nedenleri incelenmiştir.arazi çalışmalarında yamaçta yayılım gösteren bozunmuş melanj birimi içinde dairesel kayma ile bu kütlenin taç kısmındaki yamaçta kama türü kaymanın meydana geldiği belirlenmiştir.arazide dairesel kaymanın içinde geliştiği bozunmuş melanj biriminden örselenmemiş örnekler alınarak farklı su içeriklerinde konsolidasyonlu ve drenajlı koşullarda doğrudan makaslama deneyleri yapılmıştır.heyelan öncesi topoğrafik harita verilerinden alınan kesit üzerinde dairesel kayma yüzeyi tanımlanmış ve SLOPAC2D programı kullanılarak yamaç kütlesinin duraylılığı limit denge yöntemleri ile incelenmiştir.yamaç içerisinde su çıkışlarının olmasından dolayı, yamacın duraylılığı farklı gözenek suyu basıncı katsayıları (r u ) için hesaplanmış ve r u değerinin arasında olması durumunda yamacın duraylılığını kaybettiği belirlenmiştir. Kama türü kayma, normal fay yüzeyi ile doğrultu atımlı fay yüzeyinin kesiştiği ve dalım açısı 45.8 o olan arakesit boyunca yamaç molozunun kayması sonucu meydana gelmiştir. Anahtar kelimeler: Beylerli Göleti, Heyelan, Duraylılık Analizi, Dairesel Kayma, Kama Türü Kayma ABSTRACT: Beylerli Dam, located in southeast of Çardak district in Denizli, was constructed in Melange formation, which is made up of weathered schist, basalt, serpentine, radiolarite, and talus frormation, that contains particles and blocks of melange, outcrop in the left abutment area of the dam. Discharge of groundwater through the slope affected alteration degree of melange. There are one fossil landslide and two landslides that occurred in 2004 and 2009 respectively. This study covers the investigation of the reasons and mechanism of the landslide that damaged the spillway of the dam in A circular slope failure took place within weathered melange, and a wedge type of failure occurred at the crown part of the circular failure in the slope that were observed during field investigation. Undisturbed samples were taken from the weathered melange in which circular failure surface took place. Direct shear tests of the samples were carried out under drained and consolidated conditions. A cross-section was drawn by using topographical map of the area before the slope failure, a circular failure surface was defined on the cross-section, and stability of the slope was assessed by using limiting equilibrium methods available on SLOPAC2D computer program. As there is groundwater discharge through slope, the stability assessment of the slope was carried out by considering different values of pore water pressure ratio (r u ), and it was found that slope mass on circular failure surface becomes unstable when r u value is between Talus formation failed on a wedge surface that was formed by intersecting of a normal fault and a strike slip fault surfaces having 45.8 o intersection angle. Keywords: Beylerli Dam, Landslide, Stability Analysis, Circular Failure, Wedge Failure 106

2 1. GİRİŞ Baraj ve gölet yapılarında yamaç ve şev duraylılığı çalışmaları mühendislik projesinin sürdürülebilir olmasında önemli rol oynar. Özellikle baraj ekseni, dolusavak, elektrik üretim santrali, tünel ve galeri giriş ağızları, sulama kanalları, göl alanındaki yamaçlarda duraylılık analizlerinin yapılması ve kaymayı önleyecek mühendislik önlemlerinin alınması baraj güvenliği açısından gereklidir. Beylerli göleti Denizli nin 50 km doğusunda Değirmendere çayı üzerinde kil çekirdekli zonlu toprak dolgu gövde tipinde 2006 yılında inşaatı tamamlanmıştır. Baraj yüksekliği temelden 52m olup sulama ve taşkın önleme amaçlı yapılmıştır. Dolusavak boşaltım kanalı sol sahilde karşıdan alışlı olarak inşa edilmiştir. Dolusavak yapısının sol yamacında palyeli şev kazıları yapıldıktan sonra 2004 yılında kütle hareketi meydana gelmiş ve DSİ tarafından mühendislik jeolojisi incelemesi ve bu çalışma sonuçlarına göre şev düzenlemesi yapılmıştır yılında önceki heyelan alanının güney sınırında dolusavak yapısının doğu yamacında meydana gelen duraysızlık sonucunda heyelan kütlesi yamaç eğimi yönünde hareket ederek dolusavak boşaltım kanalını tehdit etmiştir (Şekil 1) yılında bu heyelan kütlesi daha fazla hareket ederek dolusavak boşaltım kanalını tamamen doldurmuş ve göl alanında biriken fazla suyun dolusavaktan tahliye edilmesi mümkün olmamış, bu da göletin güvenliğini tehdit etmiştir. Kayahan ve Kiremitçioğlu (2009)tarafından yapılan çalışmada heyelan alanında palyeli kazı yapılması ve yamaçta boşalım gösteren yeraltısuyunun tahliye edilmesi önerilmiştir. Şekil 1. Beylerli gölet yeri ve dolusavak yapısını etkileyen heyelan alanlarının uydu görüntüsü üzerindeki dağılımı (Google, 2014). Bu çalışmada, Beylerli göleti dolusavak heyelanının oluşum mekanizması ve oluşum nedenleri incelenmiştir. Bu amaçla arazide jeolojik ve jeoteknik çalışmalar yapılmış, heyelanın kayma yüzeyinden alınan örselenmemiş örneklerin farklı su içeriklerinde doğrudan makaslama deneyleri yapılmış ve kayan kütlenin makaslama direncindeki değişimlerin su içeriği ile olan ilişkileri ortaya konmuştur. Elde edilen makaslama dayanımı parametreleri kullanılarak kil, bozunmuş serpantin ve radyolaritten oluşan yamacın duraylılık analizleri yapılmıştır. Yamacın üst kesiminde doğrultu atımlı ve normal fay yüzeylerinin kesişmesi ile oluşan kama türü kayma yüzeyi üzerinde yer alan yamaç moluzunun da duraylılığı incelenmiştir. 107

3 2. JEOLOJİ İnceleme alanı Acı Göl havzasının güneydoğu ucunda Çardak grabeni ve onun güney kanadı ile Güneybatı Torosların arasında kalmaktadır. Çalışma alanı ve yakın çevresinde Marmaris ofiyolit napı olarak tanımlanan harzburjit, serpaninit, dünit, serpantinleşmiş harzburjit, peridotit, gabro, bazalt ve diyorit, yer yer kireçtaşı, radyolarit ve şist blokları içeren melanj (karmaşık) yayılım göstermektedir (Şenel, 1997; Helvacı vd, 2013). Çalışma alanının da içinde bulunduğu Acı Göl havzasının şekillenmesinde etkin olan başlıca faylar Çardak fayı, Maymundağı fayı ve Acıgöl fayıdır (Şekil 2). Tektonik açıdan oldukça aktif olan Acı Göl fayı sol yanal bileşene sahip normal bir faydır (Toker, 2008). Beylerli gölet alanı ve yakın çevresinde yayılım gösteren karmaşık istif ya da melanj olarak adlandırılan birimler, peridotit naplanması ile birlikte gelmiş olan kayaçlardır. Bölgeye büyük bir sürüklenim sonucunda gelmiş olan bu birimler oldukça çatlaklı, kırıklı ve ince yapraklanmalı, şistozite dokulu olup son derece zayıf dayanımlıdır. Gölet yeri ve çevresinde naplanmanın ve tektonizmanın etkisiyle kaylanmalar ve kırık yüzeyleri yaygındır (Kayahan ve Kiremitçioğlu, 2009). Şekil 2. Denizli Acıgöl havzası ve çevresinin jeolojik haritası (Şenel, 1997; Helvacı vd, 2013). 3. MÜHENDİSLİK JEOLOJİSİ Beylerli göleti ekseninin sol sahil yamacı sürekli kütle hareketlerinin etkisi altındadır. Yamaç üzerinde eski (fosil) bir heyelan alanı ile 2004 ve 2009 da meydana gelen iki heyelan kütlesi mecuttur. Bu çalışma, 2009 yılında meydana gelen heyelanın oluşum mekanizması ve heyelana neden olan etkenlerin mühendislik jeolojisi açısından incelenmesini içermektedir (Şekil 3). Dolu savak yapısının sol yamacı; ayrışmış serpantin, radyolarit, şist, diyorit, kil birimlerini içeren melanj serisi ve bunların üzerine uyumsuzlukla gelen yamaç molozu biriminden oluşmaktadır. Melanj serisi oldukça çatlaklı, kırıklı ve parçalı olup, su ile temasında kolaylıkla aşınarak ayrışabilmekte, melanj içinde bloklar halinde gözlenen aktinolit, klorit, mikaşist birimi de sürekli su ile temas ettiği kesimlerde killeşmiştir (Kayahan ve Kiremitçioğlu, 2009). 108

4 Yamaç içinde iki ayrı noktada düşük debili kaynak çıkışları mevcuttur. Bu suların yamaç içinde sürekli akışı sonucu serpantin ve şist birimleri ileri derecede bozunmaya uğramış ve killeşmiştir. Heyelan alanında doğrultu atımlı fay ve eğim atımlı normal fay yüzeyleri gözlenmiştir. Dolusavak yamacında meydana gelen kütle hareketlerinde bu tektonik yapıların etkisi olmuştur. İleri derecede bozunmaya uğramış serpantin ve kil birimi içinde dairesel kayma meydana gelmiştir. Duraysızlaşan yamaç kütlesi dolusavak kanalının içerisine yığılarak barajın güvenliğini olumsuz yönde etkilemiştir. Dairesel kayma alanının taç kısmında yeralan yamaç molozu da doğrultu atımlı fay ve normal fay yüzeylerinin arasında oluşan kama türü kayma yüzeyinin arakesit doğrusu boyunca duraysızlaşmıştır. Beylerli Göleti dolusavak yamacında meydana gelen bu heyelanın hareket mekanizması ve duraylılığını etkileyen nedenlerin incelenmesi amacıyla arazi çalışmaları yapılmış ve arazide bozunmuş serpantin ve kilden örselenmemiş örnekler alınmıştır. Alınan bu örnekler üzerinde birim hacim ağırlık,su içeriği, ve konsolidasyonlu, drenajlı koşullarda doğrudan makaslama deneyleri yapılarak birimin fiziksel ve mekanik özellikleri belirlenmiştir. Melanjdan alınan farklı örnekler üzerinde yapılan deneylerde yamaç moluzu ve bozunmuş melanj kütlelerinin doğal birim hacim ağırlıkları 20,55 kn/m 3 ile 22,82 kn/m 3, doygun birim hacim ağırlığı ise 17,86 kn/m 3 ile 23,46 kn/m 3 arasında değişmektedir.şist birimleri üzerinde arazide ve laboratuvarda yapılan sürtünme açısı belirleme deneylerinde şistozite yüzeylerinin sürtünme açısı ( ) 28 ile 35 arasında değişmektedir. Şekil 3. Dolusavak yapısı sol yamacında meydana gelen heyelan alanının mühendislik jeolojisi haritası Dairesel kayma yüzeyinin içinde geliştiği ileri derecede bozunmuş serpantin ve kil birimlerinin makaslama dayanımının farklı su içeriklerindeki değişiminin şev duraysızlığına olan etkisinin incelenmesi için araziden öreselenmemiş örenekler alınmıştır. Bu örneklerin doğal su içeriklerinde ve kapilerite ile farklı miktarlarda suya doygun hale getirilmiş su içeriklerinde makaslama dayanımları belirlenmiştir. Örselenmemiş örneklerin kapilerite ile su içeriğinin artırılması için makaslama kutusu örnek kalıpları içindeki örnekler, tabanında 1 cm yüksekliğinde su olan bir kap içerisinde 15, 60 ve 120 dakika bekletilerek farklı miktarlarda suya doyurulmuş ve daha sonra doğrudan makaslama deneyleri yapılmıştır. 109

5 Ayrıca heyelan kütlesi içinde su çıkışlarının olmasından dolayı örselenmemiş zemin örnekleri makaslama kutusunun deney haznesine yerleştirilmiş, hazne su ile doldurulmuş ve örnek suya doygun hale getirilerek doğrudan makaslama deneyleri yapılmıştır. Deney sonuçları Çizelge 1 de verilmiştir. Dairesel kaymanın içinde geliştiği birimin makaslama dayanımı düşük su içeriklerinde yüksektir. Zemin numuneleri kapilerite ile maksimum %25.9 a kadar suya doygun hale gelmekte ve bu doygunluğa büyük oranda 15 dakikada ulaşabilmektedir. Su içeriğinin artmasına bağlı olarak makaslama dayanımı değerlerinde önemli azalma görülmektedir. Çizelge 1. Melanj örneklerinin suya doygun ortamda yapılan makaslama dayanımı deney sonuçları. Deney Örneği Türü Artık Doruk Su Doruk Artık içsel içsel muhtevası kohezyon kohezyon sürtünme sürtünme w (%) c p (kpa) açısı p ( o c ) r (kpa) açısı r ( o ) Örselenmemiş Numune-1 12,8 32,7 20,44 25,2 21,4 Örselenmemiş Numune ,65 24, ,98 15 dakika kapileriteyle doygun 25, , ,18 60 dakika kapileriteyle doygun 25,97 2,68 26,11 2,68 25, dakika kapileriteyle doygun 25,5 8 26,61 2,65 24,41 Suya batık ve drenajlı 25, ,9 9 17, Duraylılık Analizleri Beylerli göleti sol sahil yamacında meydana gelen heyelanın duraylılık analizleri ve harekete neden olan faktörlerin incelenmesi amacıyla limit denge analiz yöntemleri kullanılmıştır. Duraysızlık öncesi arazinin topoğrafik haritasından kesit alınmış ve arazide gözlenen dairesel kayma yüzeyi verileri değerlendirilerek kesit üzerinde diresel kayma yüzeyi SLOPAC2D (Kumsar, 1993) programı topoğrafik kesit üzerinde çizilmiş ve düşey dilimlere ayrılmıştır (Şekil 4). Kayma yüzeyi üzerindeki yamaç kütlesinin duraylılık analizleri SLOPAC2D bilgisayar programı kullanılarak Bishop (1955), Aydan vd. (1992) ve Kumsar (1993) tarafından önerilmiş limit denge yöntemleriyle hesaplanmıştır. Duraysız yamaç alanı içerisinde iki ayrı noktada su çıkışının olmasından dolayı duraylılık analizlerinde melanj biriminin suya doygun koşulda elde edilen makaslama dayanımı değerleri kullanılmıştır. Yamaç kütlesi içinde gözenek suyu basıncının (r u ) olmadığı durumlarda güvenlik katsayısı (F) 1.29 dur. Yeraltısuyu ve yağış sularının etkisiyle yamaç içinde r u nun arasında bir değere ulaşması durumunda yamaç duraysızlaşmaktadır (Şekil 5). Kama türü kayma, dairesel kayma hareketi meydana geldikten hemen sonra aynı yamaç üzerinde kama kütlesinin topuğundaki kütlenin hareketi sonucunda kama türü kayma yüzeyinin arakesit doğrusunun yeni oluşan topoğrafya yüzeyi ile kesişmesi ile meydana gelmiştir. Kama kütlesi 2 ayrı tektonik kökenli süreksizlik yüzeylerinin ara yüzeyinde oluşmuştur. Bunlardan biri sol yanal atımlı doğrultu atımlı fay yüzeyi (K65D/55GD) ve diğeri de Şekil 6a da verilen eğim atımlı normal fay yüzeyidir (K72D/50KB). Kinematik analiz sonucunda kama kütlesinin arakesit doğrusunun dalım yönü açısı ( ) 110 o ve dalım açısı (i a ) 45.8 o olarak belirlenmiştir(şekil 6b). Fay yüzeylerinin sürtünme açısı ( ) eğimlendirme deneyi yapılarak belirlenmiş olup, ortalama 28 o dir. 110

6 Şekil 1. Duraysız alanda kütle hareketi öncesi topoğrafyadan hazırlanan topoğrafik kesit üzerinde tanımlanan dairesel ve kama türü kayma kütlelerinin görünümü. Kama kütlesinin güvenlik katsayısı (F) Hoek ve Bray (1981) yöntemine göre 0.84, Kovari ve Fritz, (1972) ve Kumsar vd. (2000) yöntemlerine göre 0.81 olarak hesaplanmıştır. Bu da, kama kütlesinin topuğundaki dairesel kaymanın hemen sonrasında kama türü kütle hareketinin meydana geldiğini göstermektedir. Şekil 5. Dolusavak heyelan alanında dairesel kayma yüzeyi üzerindeki yamaç kütlesinin güvenlik katsayısının farklı gözenek suyu basıncı katsayısına bağlı olarak değişimi(f=1 kayma anıdır). 111

7 Şekil 6.(a) Dolusavak heyelan alanındaki dairesel ve kama türü kayma alanları, (b) kama türü kaymanın kinematik analizi 4. SONUÇLAR Beylerli göleti sol sahil yamacında yayılım gösteren bozunmuş melanj birimi içerisinde önce dairesel kayma, dairesel kaymadan sonra da kama türü kayma meydana gelmiştir. Heyelan alanında dolusavak yapısı hasar görmüş ve kullanım dışı kalmıştır. Dairesel kayma yüzeyi, serpantin ve radyolaritlerin bozunması sonucu killeşmiş yeşilimsi, kırmızımsı renkli çakıllı, kumlu, siltli kil birimi içinde gelişmiştir. Yamaç içinde iki ayrı noktada kaynak suyu çıkışının olması dairesel kaymanın meydana gelmesinde etkili olmuştur. Dairesel kayma yüzeyi üzerindeki melanj birimi düşük su içeriğinde yüksek makaslama dayanımına sahip olup, duraylı kalmaktadır. Ancak yağışların etkisiyle melanjın makaslama danayınımı azalmakta ve yoğun yağışlı mevsimlerde suya doygun hale gelen melanj gözenek suyu basıncının da etkisiyle duraylığını kaybetmektedir. Dairesel kayma yüzeyi üzerinde yeralan yamaç kütlesinin duraylılığı, gözenek suyu basıncı katsayısının artması dikkate alınarak incelenmiştir. Gözenek suyu basıncı katsayısının (r u ) arasındaki değerlerde yamaç duraysızlaşmaktadır. Kama türü kaymanın iki süreksizlik yüzeyinin kesiştiği arakesit doğrusu boyunca meydana geldiği gözlenmiş olup, bunlardan biri doğrultu atımlı fay yüzeyi, diğeri ise eğim atımlı normal fay yüzeyidir. Kinematik analizden elde edilen veriler kullanılarak kama kütlesinin güvenlik katsayısı Kumsar vd. (2000) nin yöntemiyle 0.81 olarak hesaplanmış olup, duraysızdır. Heyelan kütlesi dolusavak yapısına hasar vermiştir ve barajın güvenliğini tehdit etmektedir. Heyelan alanında güvenli şev açıları hesaplanarak şev düzenlemesi yapılması ve heyelan malzemesinin kazılması ve güvenli bir alana dökülmesi gereklidir. Heyelan alanı içinde iki adet su kaynağı çıkışı mevcuttur. Bu kaynakların çıkış noktalarından itibaren göl alanı içine kadar kapalı boru içinde aktarılması ve böylece yamaç içine devamlı su akışının engellenmesi gerekmektedir. 5. KATKI BELİRTME Yazarlar, bu çalışmada sağladıkları lojistik katkılardan dolayı DSİ 212. Şube Müdürlüğü ne ve Doğan İnşaat Kuruluşuna teşekkür ederler. 112

8 6. KAYNAKLAR Aydan, Ö., Shimizu, Y., Kawamoto, T., The stability of slopes against combined shearing and sliding failures and their stabilization. Asian Regional Symposium on Rock Slopes, Oxford & IBH Publ., New Delhi, pp Bishop, A. W The use of slip circle in the stability analysis of slopes. Geotechnique, 5,7-17. Google Earth, Helvacı, C., Alçiçek, M.C., Gündoğan, İ.,Gemici, Ü Tectono sedimentary development and palaeo environmental changes in the Acıgöl shallow-perennial playa-lake basin, SW Anatolia, Turkey. Turkish Journal of Earth Science, 22, Hoek, E.,Bray, J. W Rock Slope Engineering. Inst. Min. and Metall., 3rd edn., London. Kayahan, N.,Kiremitçioğlu, İ.H Denizli-Çardak Beylerli göleti ve sulaması inşaatı dolusavak boşaltım kanalı (palye kazıları) sol yamaçta oluşan heyelan ile ilgili mühendislik jeolojisi raporu (yayımlanmamış). Kovari, K., Fritz, P Stability analysis of rock slopes for plane and wedge failure with the aid of a programmable pocket calculator. 16 th US Rock Mech. Symp., Minneapolis, USA, pp Kumsar, H Mine slope stability assessment by using inter-slice force transmission, PhD Thesis, Nottingham University, UK. Kumsar, H., Aydan, Ö., Ulusay, R Dynamic and static stability of rock slopes against wedge failures. Rock Mechanics and Rock Engineering, 33(1), Şenel, M : ölçekli Türkiye jeoloji haritaları. Denizli-K9 paftası. MTA Genel Müdürlüğü, Ankara. Toker, E., Acıgöl Çardak (Denizli) grabeninin kuzeyindeki Tersiyer çökellerinin tektonosedimanter gelişiminin incelenmesi. Doktora Tezi, SDÜFen Bilimleri Enstitüsü, Isparta. 113