پایان نامه بررسی تسلیح خاک با ظرفیت باربری کم با استفاده از المان های قائم فولادی

پایان نامه کارشناسی ارشد

 رشته مهندسی عمران گرایش خاک و پی

عنوان پایان نامه :

تسلیح خاک با ظرفیت باربری کم با استفاده از

المان­های قائم فولادی

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات: 143  صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

فهرست مطالب    عنوان                                                                                                    صفحه
فصل اول : مقدمه
1-1 کلیات…..…………….…....................................……….…………………………….….	1
1-2 بیان مسئله ……..................................………………………..….…………………………	2
1-3  هدف از پژوهش …….............................................……….…………………………	2
1-4  چگونگی دستیابی به اهداف پژوهش.............................……….…………………………	3
1-5  ساختار پایان نامه ……..............................................……….…………………………	4
فصل دوم : کلیات و مروری بر ادبیات فنی
2-1 مقدمه….…………………………………………………………………………………………...…	7
2-2 فلسفه بهسازی ……..…...…………….…..........................................………….………	7
2-2- 1 تعریف بهسازی ….....….......................….….………......………………	8
2-2- 2 دامنه کاربرد …………………….…………….…………..……………………...	9
2-2- 3 روش های بهسازی …………….........………………………………….……...	10
2-3 شمع و کاربرد آن در بهسازی خاک ......…………………………………………………………	13
2-3-1 موارد استفاده از شمع ......……………………..…………………………………	13
2-3-2 انواع شمع از لحاظ مکانیسم عمل .……..............................………..……	15
2-3-3 اثرات بهسازی تراکمی ….….................................………………………	16
2-4مروری بر مطالعات گذشتگان ……………...................................……….…...………..	19
2-4-1 مطالعات انجام شده در خصوص استفاده از المان های تقویتی افقی	20
2-4-2 مطالعات انجام شده در خصوص استفاده از المان های تقویتی غیر افقی	24
فصل سوم : مدل سازی نرم افزاری و آزمایشگاهی
3-1 مقدمه …………….……………………….……………………..…………………………………	34
3-2 تعریف مدل رفتار…………….….…………………………………………………………………	35
3-3 مشخصات یک مدل رفتاری مطلوب .......………………………………………………………	35
3-4- روش اجزاء محدود …..…..….…………………………………………………………………	36
3-4-1 تاریخچه روش اجزاء محدود…………………………………………….…………	37
3-4-2 روش مدل نمودن فضای بینهایت توسط المان محدود………….........….….….	38
3-4-3   معرفی نرم افزار Geostudio-Sigma و هدف از انتخاب آن ……….…..……	40
3-4-4-1 معرفی برنامۀ SIGMA/W …………………………….….………	42
3-4-4-2 کاربرد برنامۀ SIGMA/W ……….………………….……….……	42
3-4-4-3 امکانات و قابلیت های برنامۀ SIGMA/W .……..………………	43
3-4-4   روند ساخت مدل ….………………………………………………………………	54
3-4-4-1   انتخاب سیستم واحد …….…………………………….……………	54
عنوان                                                                                                    صفحه
3-4-4-2   انتخاب المانهای مورد استفاده ….….…………………..……..……	56
3-4-4-3   خواص مواد ……………………………………………..……...……	56
3-4-4-4   مدل سازی هندسی …..………………………………..…….………	57
3-4-4-5 مش بندی …….……………………………….…………….…………	58
3-4-4-6   اعمال شرایط مرزی و بارگذاری.….………………..………..……	58
3-4-5   تحلیل مدل اجزاء محدود …….……………………………………….……………	59
3-5 جزئیات مدل سازی در نرم افزار SIGMA/W ..…………………………………………………	60
3-5-1 انتخاب المان ……………………………………………...…………………………	60
3-5-2 مدل سازی هندسی و مش بندی …….………………………………………………	61
3-5-3   پارامترهای هندسی ……………………………………….……….…………………	62
3-5-4     پارامترهای مقاومتی …………………………………………….…………..………	63
3-5-5 اعمال شرایط مرزی و بارگذاری .………………………………..….…….………	64
3-5-6 نوع تحلیل ..….…………………………………………………….………..………	64
3-6 تحقیق آزمایشگاهی ………….…………………………………………….………………….……	65
3-6-1 جزئیات مدل آزمایشگاهی ……...…………………………………………….……	65
3-6-2 روند کلی انجام آزمایش ………………………………………….…………………	67
3-7 مشخصات مدل مورد استفاده جهت اعتبار یابی …..…………….…………………….……………	68
فصل چهارم : نتایج تحلیل­ها ( نرم­افزاری و آزمایشگاهی)
4-1 مقدمه ……….……..……………………….……………………..…………………………………	70
4-2 اعتبار سنجی مدل …………….………………………………………………………………………	70
4-2-1 استفاده از فرمول تئوری جهت اعتبارسنجی نرم افزار .……………………….……	71
4-2-1-1 مقایسه نشست خاک حاصل از تحلیل دستی و نرم افزاری …………	71
4-2-1-2 مقایسه تنش در خاک حاصل از تحلیل دستی و نرم افزاری ….……	75
4-2-2     استفاده از نتایج تحقیق آزمایشگاهی جهت اعتبار سنجی….….……………….…	76
4-2-2-1   شرح آزمایش و نتایج بدست آمده از آن ….…………….....……	77
4-2-2-2   شرح تحلیل کامپیوتری و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی ……….....	78
4-3 بررسی اثرات استفاده از المان های قائم فولادی با استفاده از نرم افزار SIGMA/W …..…..…	80
4-3-1 تأثیر فاصلۀ المان های فولادی (S) …..………………………………..…….……	88
4-3-2 تأثیر میزان پراکندگی المان ها از بر فونداسیون (R) .….…………………………	95
4-3-3 تأثیر طول المان های فولادی (L) ….…………………………..…………………	101
4-3-4 تأثیر قطر المان ها (D) .…………………………………….………………………	107
4-4 بررسی آزمایشگاهی اثر المان های قائم فولادی بر ظرفیت باربری خاک ماسه ای ………..……	113
4-4-1   شرح جزئیات انجام آزمایش ……….…………………………………….………	113
عنوان                                                                                                    صفحه
4-4-2   نتایج انجام آزمایش ها …………………………………….…….……...…………	116
فصل پنجم :   نتیجه­گیری و پیشنهادات
4-1 مقدمه ……….……..……………………….……………………..…………………………………	120
6-2- نتیجه گیری…………………………………………………..………….……………………………	120
6-3- پیشنهاداتی جهت تحقیقات آینده….……………………………………………..………………...	122
منابع و مآخذ…………………….………………………………………………………………..……….	124
فهرست شکل ها
شکل 2- 1: تقسیم بندی کاربرد روش­های بهسازی خاک	9
شکل 2- 2: انواع روش های بهسازی خاک	10
شکل 2-3: کاربرد روش های بهسازی بر حسب نوع خاک	12
شکل 2-4: اثر بهسازی تراکمی بر خاک های ریزدانه و درشت دانه	17
شکل 2-5: اثر افزایش تراکم بر چسبندگی	18
شکل 2-6: اثر افزایش تراکم بر زاویه برشی ماسه	18
شکل 2- 7: دایره مور برای خاک های غیر مسلح و مسلح	20
شکل 2-8: (a)-پوش های گسیختگی برای خاک غیر مسلح و مسلح، (b)- دیاگرام نیرو برای   خاک مسلح	21
شکل 2-9: استفاده ازعناصر تسلیح عمودی و افقی (a)-نمای سه بعدی، (b)- نمای برش از روبرو	31
شکل 2-10 :تأثیر مسلح کننده ها بر تعادل (a)-مسلح کننده های افقی، (b)- نمای برش روبرو	31
شکل 3-1 :روند همگرایی تغییرمکان ها با تکرار تحلیل	43
شکل 3-2 :نمونه ای از نتایج گرافیکی تغییرمکان گره	44
شکل 3-3 :جعبه تنظیمات انواع آنالیز ها (Type Analaysis Setting )	49
شکل 3-4 : نمودار تنش-کرنش مدل مصالح از نوع الاستیک خطی	50
شکل 3-5 : نمودار تنش-کرنش مدل مصالح از نوع الاستیک خطی غیر همگن	50
شکل 3-6 : نمودار تنش-کرنش مدل مصالح از نوع الاستیک غیر خطی	51
شکل 3-7 : نمودار تنش-کرنش از مدل مصالح از نوع الاستو پلاستیک	51
شکل 3-8 : نمودار تنش-کرنش از مدل مصالح از نوع نرم شوندگی کرنش	52
شکل 3-9 : نمودار تنش-کرنش از مدل مصالح از نوع Cam Clay, modified Cam Clay	52
شکل 3-10 :جعبه تنظیمات مقیاس(Scale)در نرم افزار Sigma	55
شکل 3-11 : استفاده از المان سازه ای Bar Element در روند تحلیل	61
شکل 3-12 : جزئیات ترسیم هندسی و تغییر در ابعاد مش بندی مدل اجزاء محدود	62
شکل 3-13 : جزیئات دستگاه بارگذاری استفاده شده در تحقیق حاضر	66
شکل 3- 14 : دستگاه بارگذاری در حال انجام آزمایش	66
شکل 4- 1 : شکل شماتیک مدل مورد استفاده در اعتبار سنجی نرم افزار	71
شکل 4- 2 : نمودار تعیین مقادیر α با توجه به نسبت ابعاد پی	72
شکل 4- 3 : نمونه ای از کانتور نشست حاصل از تحلیل کامپیوتری	74
شکل 4- 4 :کانتور تنش حاصل از تحلیل کامپیوتری	76
شکل 4- 5 : دانه بندی خاک ماسه ای مورد استفاده در آزمون های آزمایشگاهی	77
شکل 4- 6 : دستگاه در حین انجام آزمون بارگذاری بر روی خاک بکر	78
شکل 4- 7: نمودار های بار- نشست حاصل از نتایج آزمون آزمایشگاهی و تحلیل کامپیوتری	79
فهرست شکل ها
شکل 4- 8: فلوچارت تحلیل­های کامپیوتری	81
شکل 4- 9: نمایی از آرایش المان های فولادی در سیستم خاک- پی	82
شکل 4- 10: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.0m و L=2B, R=2B.	89
شکل 4- 11: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.5m و L=2B, R=2B.	89
شکل 4- 12: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=2.0m و L=2B, R=2B.	90
شکل 4- 13: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=3.0m و L=2B, R=2B.	90
شکل 4- 14 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) برای پی به عرض B=1.0m	91
شکل 4- 15 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) برای پی به عرض B=1.5m	91
شکل 4- 16 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) برای پی به عرض B=2.0m	92
شکل 4- 17 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (S/B) برای پی به عرض B=3.0m	92
شکل 4- 18 : نحوه توزیع تنش در خاک و عملکرد بلوک در زیر پی در حضور المان های فولادی نزدیک به هم	94
شکل 4- 19: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.0m و L=2.0B, S=0.2B.	96
شکل 4- 20: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.5m و L=2.0B, S=0.17B.	96
شکل 4- 21: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=2.0m و L=2.0B, S=0.12B.	97
شکل 4- 22: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=3.0m و L=2.0B, S=0.08B.	97
شکل 4- 23 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) برای پی به عرض B=1.0 m	98
شکل 4- 24 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) برای پی به عرض B=1.5 m	98
شکل 4- 25 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) برای پی به عرض B=2.0 m	99
شکل 4- 26 : منحنی تغـییرات BCR بر حسب (R/B) برای پی به عرض B=3.0 m	99
شکل 4-27 : شکل شماتیک چگونگی تأثیر المان های فولادی در عدم فرار دانه های خاک در هنگام تشکیل گوه گسیختگی	101
شکل 4- 28: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.0m و R=1.0B, S=0.2B.	102
شکل 4- 29: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.5m و R=1.0B, S=0.17B.	102
فهرست شکل ها
شکل 4- 30: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=2.0m و R=1.0B, S=0.12B.	103
شکل 4- 31: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=3.0m و R=1.0B, S=0.08B.	103
شکل 4- 32: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) برای پی به عرض B=1.0 m	104
شکل 4- 33: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) برای پی به عرض B=1.5 m	104
شکل 4- 34: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) برای پی به عرض B=2.0 m	105
شکل 4- 35: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (L/B) برای پی به عرض B=3.0 m	105
شکل 4- 36 : قرارگیری المان های فولادی در محدوده حباب تنش تأثیر در زیر پی	107
شکل 4- 37: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.0m و R=1.0B, S=0.2B و L=2.0B.	108
شکل 4- 38: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=1.5m وR=1.0B, S=0.17B وL=2.0B	108
شکل 4- 39: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=2.0m وR=1.0B, S=0.12B و L=2.0B	109
شکل 4- 40: منحنی تغییرات توان باربری بر حسب نشست برای پی به عرض B=3.0m وR=1.0B, S=0.08B وL=2.0B	109
شکل 4- 41: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) برای پی به عرض B=1.0 m	110
شکل 4- 42: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) برای پی به عرض B=1.5 m	110
شکل 4- 43: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) برای پی به عرض B=2.0 m	111
شکل 4- 44: منحنی تغـییرات BCR بر حسب (D/B) برای پی به عرض B=3.0 m	111
شکل 4- 45 : تقسیم بندی 10 سانتیمتری ارتفاع جعبه برش جهت انجام تراکم یکنواخت          خاک ماسه ای	114
شکل 4- 46 : نمایی از خاک مسلح شده با استفاده از المان های قائم فولادی	114
شکل 4- 47: تنظیمات اولیه جهت انجام آزمایش- الف: هم تراز نمودن سطح المان ها، ب:کنترل تراز بودن	115
شکل 4- 8 4: نمودار بار- نشست برای مدل آزمایشگاهی خاک مسلح شده به وسیله المان های فولادی با قطر های مختلف	116
شکل 4- 49: منحنی تغـییرات BCR در مـقابل قطر نـرمـالایــزه شـده (D/B) برای آزمون های آزمایشگاهی	117
فهرست جدول ها
جدول 3- 1 : نمونه ای از مجموعه واحد هایی که می توان	55
جدول 3- 2 : پارامترهای هندسی در نظر گرفته شده برای المان فولادی و پی	63
جدول 3- 3 : مشخصات مقاومتی مصالح خاک	63
جدول 3- 4 : مشخصات مقاومتی مصالح المان های قائم	64
جدول 4- 1 : نتایج نشست خاک حاصل از تحلیل دستی و نرم افزاری	73
جدول 4- 2 : نتایج تنش در خاک حاصل از تحلیل دستی و نرم افزاری	75
جدول 4- 3 : مشخصات هندسی و مقاومتی مدل آزمایشگاهی	77
جدول 4- 4 : نشست خاک حاصل از نتایج آزمون آزمایشگاهی و تحلیل نرم افزاری	79
جدول 4- 5 : پارامترهای متغیر در تحلیل کامپیوتری	82
جدول 4- 6 : نتایج آنالیز نرم افزاری برای پی با بعد B=1.0m	84
جدول 4- 7 : نتایج آنالیز نرم افزاری برای پی با بعد B=1.5m	85
جدول 4- 8 : نتایج آنالیز نرم افزاری برای پی با بعد B=2.0m	86
جدول 4- 9 : نتایج آنالیز نرم افزاری برای پی با بعد B=3.0m	87

1-1 کلیات

خاک به عنوان مهم­ترین مصالح ساختمانی و اصلی­ترین تکیه­گاه سازه، از دیرباز در ساخت و ساز مورد توجه بشر بوده است. اما در برخی موارد به سبب ضعف مقاومت، توان تحمل نیروهای وارده را ندارد. از این­رو پژوهشگران پیوسته درصدد افزایش ظرفیت باربری، مقاومت و بهبود خواص آن بر­آمدند. بر همین اساس روش­های مختلفی از جمله اصلاح مکانیکی مانند تراکم، اصلاح شیمیایی مانند تثبیت با آهک یا سیمان و استفاده از ایده خاک مسلح یا به کارگیری عناصر کمکی را در این زمینه به کار گرفته­اند.

بدون تردید یکی از مقدماتی­ترین و مهم­ترین اصول در اجرای طرح­های عمرانی، داشتن زمینی با ظرفیت باربری مناسب می­باشد. در سال­های اخیر با توجه به رشد روز افزون جمعیت دنیا، مساحت      زمین­های مناسب برای ساخت و ساز و احداث بنا به تدریج در حال کاهش می­باشد. در چنین شرایطی نیاز به دست­یابی به روش­های جدید و اصولی برای بهبود و اصلاح زمین­های نامناسب رقابت شدیدی را بین مهندسین عمران کشورهای توسعه یافته ایجاد کرده است. روش­های متعددی برای بهبود مشخصات زمین وجود دارد که با توجه به شرایط پروژه و کارآمدی روش بهسازی، مورد استفاده قرار می­گیرند. در این بین آنچه باعث می شود یک روش بر روش دیگری برتری داشته باشد، پارامترهای اقتصادی، شرایط و مشکلات اجرایی، امکانات موجود، محدودیت­های مکانی و زمانی و ... می­­باشد.

و......

بررسی مدل پیش بینی مکانی ظرفیت باربری خاک با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی

پایان نامه برای دریافت درجه ی کارشناسی ارشد «M.Sc»

گرایش : خاک و پی

عنوان :

مدل پیش بینی مکانی ظرفیت باربری خاک با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات:  117 صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

چکیده :

ظرفیت باربری مجاز یا ظرفیت باربری مطمئن عبارت از یک فشار مجازی است که محدوده اطمینانی را در برابر فروریختگی ناشی از گسیختگی برشی تأمین می کند و معمولاً ظرفیت باربری مجاز کسری از ظرفیت باربری نهایی خالص می باشد که باربری نهایی خالص نیز حداکثر تنش فشاری است که خاک می تواند تحمل کند. با این توصیف، مبنای اصلی احداث هر بنای، تعیین دقیق ظرفیت باربری خاک بوده و باید بطور دقیق مشخص گردد. با عنایت به زمان بر و پرهزینه بودن روش های مرسوم(در جا و آزمایشگاهی) برای تعیین ظرفیت باربری خاک، در این تحقیق نشان خواهیم داد که به کمک شبکه های عصبی مصنوعی می توان ظرفیت باربری خاک را در حد قابل قبول و مورد اطمینان، پیش بینی کرد. برای رسیدن به بهترین جواب سه مدل شبکه عصبی مصنوعی پس انتشار¹، لایه برگشتی² و همبستگی آبشاری³ مورد تجزیه و تحلیل قرار داده ایم. بر اساس نتایج بدست آمده بهترین شبکه، یعنی مدل شبکه عصبی مصنوعی همبستگی آبشاری برای پیش بینی مکانی ظرفیت باربری خاک در محدوده مورد مطالعه انتخاب و پیشنهاد می گردد.

کلمات کلیدی : ظرفیت باربری خاک، شبکه عصبی مصنوعی، همبستگی آبشاری

• Feed-Forward backpropagation
• Layer Recurrent
• Cascade-Forward backpropagation

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                      صفحه

فصل اول : کلیات

• مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………..   2
• بیان مسئله ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 4
• ضرورت و اهمیت موضوع ………………………………………………………………………………………………………… 5
• هدف تحقیق ……………………………………………………………………………………………………………………………. 6
• سوال اصلی ………………………………………………………………………………………………………………………………. 6
• فرضیات پژوهش ………………………………………………………………………………………………………………………. 6
• متغیرها …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 7
• روش تحقیق …………………………………………………………………………………………………………………………….. 10

فصل دوم : مبانی نظری و پیشینه تحقیق

2-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….      12

2-2 تاریخچه …………………………………………………………………………………………………………………………………………….     12

فصل سوم : روش ها و مواد

3-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………..     18

3-2 معرفی متدولوژی و روش انجام کار …………………………………………………………………………………………………..    19

3-3 شبکه های عصبی مصنوعی ……………………………………………………………………………………………………………..     20

3-4 جنبه های ریاضیاتی ………………………………………………………………………………………………………………………..      23

3-5 یادگیری شبکه ………………………………………………………………………………………………………………………………..      24

آ

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                      صفحه

3-6 پس انتشار ………………………………………………………………………………………………………………………………………..      26

3-6-1 الگوریتم پس انتشار ……………………………………………………………………………………………………………….     27

3-7 الگوریتم های درهم آمیختن درجه بندی شده ………………………………………………………………………………..     33

3-8 تابع شعاع مبنا …………………………………………………………………………………………………………………………………..     34

3-9 الگوریتم همبستگی آبشاری ………………………………………………………………………………………………………………     36

3-10 شبکه های عصبی مصنوعی بازگشت کننده یا بازرخدادگر ……………………………………………………………     38

3-11 نقشه های ویژگی خودسازمان دهنده …………………………………………………………………………………………….     39

3-12 جنبه های مهم مدلسازی شبکه عصبی مصنوعی …………………………………………………………………………..    41

3-12-1 انتخاب متغیرهای ورودی و خروجی ………………………………………………………………………………..     41

3-12-2 جمع آوری و پردازش داده ……………………………………………………………………………………………….     42

3-12-3 طراحی شبکه عصبی مصنوعی ………………………………………………………………………………………….    43

3-12-4 آموزش و آموزش متقابل ………………………………………………………………………………………………….     45

3-12-5 تصدیق اعتبار مدل ………………………………. …………………………………………………………………………..    47

3-13 برخی مشکلات دیگر ……………………………………………………………………………………………………………………….    47

3-14 نقاط قوت و محدودیتها ……………………………………………………………………………………………………………………    48

3-15 برخی از قابلیتهای شبکه های عصبی در مهندسی عمران ……………………………………………………………..    50

ب

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                      صفحه

3-16 کاربرد شبکه های عصبی مصنوعی در بهینه سازی سازه ها …………………………………………………………..    50

3-17 معرفی نرم افزار Matlab ………………………………………………………………………………………………………………     51

3-18 مراحل مدل سازی …………………………………………………………………………………………………………………………..    53

فصل چهارم : نتایج مدل شبکه ی عصبی مصنوعی برای پیش بینی مکانی ظرفیت باربری خاک

4-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….    56

4-2 کاربرد شبکه عصبی مصنوعی در مهندسی عمران ……………………………………………………………………………..   56

4-2-1 کاربرد شبکه های عصبی مصنوعی در بهینه سازی سازه ها ………………………………………………..   57

4-3 محدوده مورد مطالعه ………………………………………………………………………………………………………………………….    57

4-4 روند انجام مدل سازی ………………………………………………………………………………………………………………………..    60

4-4-1 پارامترهای مورد استفاده ……………………………………………………………………………………………………..    61

4-4-2 مرتب سازی داده ها ……………………………………………………………………………………………………………..    62

4-4-3 مشخصات مدل شبکه عصبی مصنوعی جهت پیش بینی مکانی ظرفیت باربری خاک ………..  64

4-4-4 ارزیابی مدل ها ………………………………………………………………………………………………………………………    66

4-4-4-1 ساخت مدل ……………………………………………………………………………………………………………   66

4-4-4-2 شبکه پس انتشار FFBP …………………………………………………………………………………….    66

4-4-4-3 شبکه لایه برگشتی LRN  ………………………………………………………………………………….   70

پ

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                      صفحه

4-4-4-4 شبکه همبستگی آبشاری CFBP  ……………………………………………………………………..    72

فصل پنجم : بحث و نتیجه گیری

5-1 ارزیابی شبکه های عصبی مصنوعی برای پیش بینی ظرفیت باربری خاک ……………………………………..    78

5-2 نتیجه گیری ……………………………………………………………………………………………………………………………………….    81

5-3 پیشنهادات …………………………………………………………………………………………………………………………………………     82

5-4 منابع …………………………………………………………………………………………………………………………………………………      83

ت

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                                                      صفحه

شکل 1-1 : محدوده شهری مورد مطالعه، شهر آذرشهر  ………………………………………………………………………………     8

شکل 1-2 : موقعیت قرار گیری شهرستان آذرشهر ………………………………………………………………………………………      9

شکل 3-1 : پیکربندی شبکه عصبی مصنوعی سه لایه ای Feed-Forward …………………………………………     22

شکل 3-2: دیاگرام شماتیک از گره j  ………………………………………………………………………………………………………….     23

شکل 3- 3:  نمایی کلی از محیط کار نرم افزار Matlab ………………………………………………………………………….      52

شکل 4-1 : موقعیت جفرافیایی شهرستان آذرشهردرایران]سایت ویکی پدیا[  ………………………………………..       58

شکل 4-2: محدوده شهری ، شهر آذرشهر]گوگل ارت[ ……………………………………………………………………………..      59

شکل 4-3: شماتیک کلی هندسه مدل شبکه عصبی مصنوعی ]نرم افزار متلب]  …………………………………….      65

شکل 4-4 : مشخصات کامل مدل شبکه عصبی Feed-forward backpropagation ……………………      68

شکل 4-5 نمودار ضریب همبستگی، مدل طراحی شده  Feed-forward backpropagation با 2 لایه مخفی و 5 نورون …………………………………………………………………………………………………………………………………………       69

شکل 4-6: شماتیک مدل طراحی شده در مدل شبکه Layer Recurrent [نرم افزار متلب] ……………..      71

شکل 4-7: شماتیک مدل طراحی شده در مدل شبکه Cascade-forward backpropagation  ….     73

شکل 4- 8: نمودار ضریب همبستگی، مدل طراحی شدهCascade-forward backpropagation  …    74

ث

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                                                      صفحه

شکل 5-1:  نمودار صحت سنجی برای مدل  FFBP ………………………………………………………………………………….    79

شکل 5-2:  نمودار صحت سنجی برای مدل  CFBP  ………………………………………………………………………………     80

شکل 5-3:  نمودار صحت سنجی برای مدل LRN ……………………………………………………………………………………     80

شکل 5-4:  نمودار صحت سنجی برای تمامی مدل های  طراحی شده ……………………………………………………..     81

چ

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                                      صفحه

جدول 4-1: اطلاعات نرمال شده مورد نیاز برای طراحی شبکه عصبی مصنوعی ……………………………………..       63

ادامه جدول 4-1: اطلاعات نرمال شده مورد نیاز برای طراحی شبکه عصبی مصنوعی ……………………………       64

جدول 4-1:  نتایج مدل سازی با مدل شبکه FFBP  ………………………………………………………………………………      70

جدول 4-2:  نتایج مدل سازی با مدل شبکه LRN  ………………………………………………………………………………..      72

جدول 4-3:  نتایج مدل سازی با مدل شبکه  CFBP ……………………………………………………………………………..      75

جدول 4-4: مقایسه نتایج انواع مدل سازی با شبکه های CFBP ، FFBP , LRN …………………………..       76

جدول 5-1: اطلاعات شبکه های مختلف با تعداد لایه مخفی  و تعداد نورون در لایه مخفی ………………….       78

جدول 5-2: خروجی حاصل از شبکه های مختلف در مدل های طراحی شده …………………………………………      79

فصل اول کلیات

1-1مقدمه

خاک از قدیمی ترین و پیچیده ترین مصالح مهندسی است. نیاکان ما خاک را به عنوان مصالح ساختمانی جهت ساخت مقبره ها، محافظت از سیل و پناهگاه ها بکار می بردند. در تمدن غرب ، از رومی ها  به عنوان تشخیص دهنده اهمیت خاک ها در پایداری سازه ها نام برده اند. مهندسان رومی، به ویژه ویتروویوس (Vitruvius) که در یک قرن قبل از میلاد خدمت می کرد، به انواع خاک ها (ماسه، شن و غیره …) و طراحی و ساختمان پی های صلب توجه زیادی نمود. آن موقع هیچ مبنای تئوریک برای طراحی وجود نداشت و به تجربه حاصل از آزمون و خطا اکتفا می شد.[1]

کولمب (1773) به عنوان اولین کسی شناخته شده است که جهت حل مسائل خاک از علم مکانیک استفاده کرده است. از اوایل قرن بیستم، با رشد سریع شهرها، صنعت و تجارت، ظهور سیستم های ساختمانی مختلف نظیر آسمان خراش ها، ساختمان های عمومی بزرگ، سدها برای تولید برق و مخازن برای تهیه آب و آبیاری، تونل ها، جاده ها و خطوط آهن، تجهیزات بندری، پل ها، فرودگاه ها و باندها، معادن، بیمارستان ها، سیستم های بهداشتی، سیستم های زهکشی و برج ها برای سیستم های ارتباطاتی ضروری می گردد.

2

این سیستم ها به پی های پایدار و اقتصادی نیاز دارند، اکنون سوالات جدیدی درباره خاک ها مطرح گردید. به عنوان مثال وضعیت تنش در یک توده خاک چگونه است؟ چگونه می توان یک پی مطمئن و اقتصادی طراحی نمود؟ یک ساختمان چقدر نشست خواهد کرد؟ و پایداری سازه های ساخته شده بر روی یک خاک یا در درون آن چگونه است؟ برای پاسخ دادن به این سوالات روشهای خاصی نیاز بود و نتیجتاً مکانیک خاک متولد شد. کارل ترزاقی(1963-1883) پدر غیر قابل انکار مکانیک خاک می باشد. انتشار کتاب ایشان بنام ” Erdbaumechanik” در سال 1925 پایه مکانیک خاک را پی ریزی نمود و اهمیت خاک را در فعالیت های مهندسی آشکار کرد. مکانیک خاک که به نام ژئوتکنیک یا ژئومکانیک نیز نامیده می شود، کاربرد مکانیک مهندسی در حل مسائلی که با خاک به عنوان بستر پی و مصالح ساختمانی سروکار دارد می باشد. مکانیک مهندسی برای فهم و تفسیر خواص، رفتار و عملکرد خاک ها به کار می رود. [1]

مکانیک خاک زیر مجموعه مهندسی ژئوتکنیک است و شامل کاربرد مکانیک خاک،زمین شناسی و هیدرولیک برای تحلیل و طراحی سیستم های ژئوتکنیکی نظیر سدها، خاک ریزها، تونل ها، کانال ها، آبراه ها، پی پل ها، جاده ها، ساختمان ها و سیستم های دفن مواد زائد جامد می باشد. در هر کاربرد مکانیک خاک به علت تغییر خاک ها تغییر لایه های آنها، ترکیبات آنها و خواص مهندسی، عدم اطمینان وجود دارد. لذا مکانیک مهندسی می تواند فقط بخشی از جواب ها را برای مسائل خاک بدهد. تجربه و محاسبات تقریبی برای کاربرد موفق مکانیک خاک در مسائل عملی بسیار اساسی می باشد. [1]

پایداری و اقتصاد دو باور اساسی طراحی مهندسی هستند. در مهندسی ژئوتکنیک، عدم اطمینان از رفتار خاک ها، عدم اطمینان از بارهای وارده و موارد غیر معمول در نیروهای طبیعی، ما را به طرف انتخاب از بین تحلیل های پیچیده به تحلیل های ساده یا روش های تقریبی سوق می دهد. [1]

3

بارهای ناشی از یک ساختمان از طریق پی، به خاک منتقل می گردد. خود پی سازه ای است که اغلب از بتن، فولاد یا چوب ساخته می شود. پی باید دو شرط زیر را برای پایداری داشته باشد:

• پی نباید فرو بریزد یا زیر هر بارگذاری قابل تصور ناپایدار شود.
• نشت سازه باید در داخل محدوده مجاز باشد.

معمولاً از روش تعادل حدی برای یافتن جواب انواع مسائل از جمله ظرفیت باربری پی ها، پایداری دیوارهای حایل و شیب ها استفاده می کنند. [1]

1-2بیان مسأله

یکی از مسائل مهم در مهندسی ژئوتکنیک تعیین ظرفیت باربری پی ها برای شرایط مختلف لایه های زیر پی می باشد.  ظرفیت باربری خاک مقدار تنش تماسی میانگین بین خاک و شالوده است که به گسیختگی برشی خاک منجر می شود. تنش باربری مجاز مقدار ظرفیت باربری است که به وسیله ضریب اطمینان کاسته شده است. بعضی مواقع در محل‌هایی با خاک نرم، خاک زیر شالوده می‌تواند نشست‌های زیاد بدون گسیختگی برشی حقیقی داشته باشد. در بعضی موارد، تنش باربری مجاز با توجه به حداکثر نشست مجاز محاسبه می‌شود. [1]

تعیین ظرفیت باربری خاک زیر پی ها از دیر باز مورد توجه پژوهشگران و طراحان حوزه ژئوتکنیک قرار داشته است و به همین علت طرح آن به عنوان یک مسئله جدید تلقی نمی شود اما کاربرد روشهای جدید محاسباتی و آزمایش مدلهای پیشنهادی برای خاک و پیشرفت رایانه ها، دیدگاههای جدیدی را در حوزه این موضوع مطرح می سازد که تلاش های جدید را در این زمینه توجیه می نماید.

4

ظرفیت باربری نهایی پی تابع مقاومت برشی خاک می باشد که توسط ترزاقی، مایرهوف، وسیک و دیگران با استفاده از روش های مختلف تخمین زده شده است. اخیراً، برای جلوگیری از صرف زمان و هزینه بسیار زیاد و انجام آزمایشات متعدد، گرایش به سمت ابزارهای کامپیوتری که مشابه با سیستم بیولوژیکی (شبه بیولوژیکی) باشند افزایش یافته است.

یکی از اساسی‌ترین مسائل مکانیک خاک حساب‌کردن ضریب اطمینان در مقابل گسیختگی نهایی یک توده ی خاک می‌باشد که در مهندسی پی منجر به تعیین ظرفیت باربری نهایی پی می‌شود. براساس قضایای حالات حدی جواب دقیق هنگامی به دست می‌آید که جواب حد بالا و حد پایین یکسان باشند. برای پایدارکردن حد پایین، یک میدان تنش صحیح که در هیچ نقطه از محدوده ی مسئله معیار تسلیم را نقض ننماید در نظر گرفته می‌شود و براساس آن ظرفیت نهایی محاسبه می‌گردد. حال آنکه، برای پیداکردن حد بالا مکانیزمی قابل قبول برای گسیختگی فرض گردیده و جواب مربوطه با استفاده از تساوی کار نیروهای داخلی و خارجی تعیین می‌گردد.[4]