هادی فتاحی
-
رودهدر به عنوان یک حفار مکانیکی فضاهای زیرزمینی، اهمیت بالایی در پروژه های عمرانی و معدنی دارد و بررسی اقتصادی یک پروژه حفاری به شدت وابسته به پیش بینی عملکرد رودهدر است. نرخ خالص حفاری رودهدر یک معیار مهم در ارزیابی عملکرد آن به حساب می آید که از طریق روش های مختلفی می توان به تخمین آن پرداخت. در این تحقیق با استفاده از روش های هوش مصنوعی ماشین بردار پشتیبان (SVM)، شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، نزدیک ترین همسایگی (KNN)، جنگل تصادفی (RF) و رگرسیون خطی (LR)، مدل هایی به منظور پیش بینی عملکرد رودهدر ایجاد شد و دقت و مطلوبیت آن ها با هم مقایسه شد. متغیرهای ورودی در این مدل ها، شاخص کیفی سنگ (RQD) و مقادیر بازگشت چکش اشمیت R1، R2 و R3 می باشند و مدل سازی ها در نرم افزار داده کاوی Orange انجام شده است. نتایج مدلسازی ها نشان می دهد که مدل ماشین بردار پشتیبان با 847/0R2= و 120/0RMSE= از عملکرد قابل قبولی برای پیش بینی نرخ حفاری یا بعبارتی پیش بینی عملکرد ماشین رودهدر در حفاری تونل برخوردار است.
کلید واژگان: نرخ خالص حفاری, عملکرد ماشین رودهدر, روش های هوش مصنوعی, نرم افزار داده کاوی OrangeThe economic assessment of a drilling project heavily relies on forecasting the drilling machine performance. The net cutting rate of a roadheader is a crucial parameter for performance evaluation, and it can be estimated using various methods. In this study, various models were developed to predict roadheader performance and their accuracy and desirability were compared. The models utilized artificial intelligence techniques such as support vector machine (SVM), artificial neural network (ANN), K-fold nearest neighbor (KNN), random forest (RF), and linear regression (LR). The input variables for these models were rock quality designation (RQD) and the return values of the Schmidt hammer R1, R2, and R3. The modeling task was conducted using the Orange data mining software.
Keywords: Instantaneous (Net) Cutting Rate, Roadheader Machine Performance, Artificial Intelligence Methods, Orange Data Mining Software -
The maximum energy consumption of stone cutting machines is one of the important cost factors during the process of cutting construction stones. Accurately predicting and estimating the maximum energy consumption performance of the cutting machine, along with estimating the cutting costs, can help approach the optimal cutting operating conditions to reduce energy consumption and minimize machine depreciation. However, due to the uncertainty and complexity of building stone textures and properties, determining the maximum energy consumption of the device is a difficult and challenging task. Therefore, this paper employs the rock engineering system method to solve the aforementioned problem. To this end, 120 test samples were collected from a marble factory in the Mahalat region of Iran, representing 12 types of carbonate rocks. The input parameters considered for the analysis were the Mohs hardness, uniaxial compressive strength, Young's modulus, production rate, and Schimazek’s F-abrasiveness factors. In the study, 80% of the collected data, equivalent to 96 data points, were utilized to construct the model using the rock engineering system-based method. The obtained results were then compared with other regression methods including linear, power, exponential, polynomial, and multiple logarithmic regression methods. Finally, the remaining 20 percent of the data, comprising 24 data points, were used to evaluate the accuracy of the models. Based on the statistical indicators, namely root mean square error, mean square error, and coefficient of determination, it was found that the rock engineering system-based method outperformed other regression methods in terms of accuracy and efficiency when estimating the maximum energy consumption.
Keywords: Maximum Energy Consumption (MEC), Rock engineering system (RES), Statistical indicators, Regression methods, Building stone -
مدول تغییرشکل پذیری نشان دهنده ی میزان قابلیت تغییر شکل دادن توده سنگ در پاسخ به هرگونه بارگذاری و باربرداری است و به دلیل ایفای نقش درطراحی اکثر سازه های زیرزمینی حایز اهمیت می باشد. این پارامتر به صورت برجا، معمولا به کمک دو آزمایش بارگذاری صفحه ای و دیلاتومتری انجام می شود که با صرف هزینه و زمان زیادی همراه است. بعلاوه وجود ناپیوستگی ها و درزه و شکاف ها در توده سنگ، تست های آزمایشگاهی بر روی نمونه های استوانه ای نیز با خطا مواجه می شود. امروزه برای تعریف یک رابطه میان یک پارامتر و پارامتر های وابسته آن و ساخت یک مدل برای تخمین یا پیش بینی پارامتر مورد نظر از انواع روش های هوش محاسباتی استفاده می شود و البته نتایج مطلوبی را نیز ارایه می دهند. هدف از این تحقیق به کارگیری این نوع الگوریتم ها به منظور ایجاد یک مدل کارآمد برای پیش بینی مدول تغییرشکل پذیری بر روی یک پایگاه داده می باشد. در این راستا عملکرد سه مدل ایجاد شده توسط روش های شبکه عصبی مصنوعی، نزدیک ترین همسایگی و جنگل تصادفی، به کمک نرم افزار Orange ارزیابی شده اند. نتایج نشان داد مدل شبکه عصبی مصنوعی با 116/0=RMSE و 094/0=MAE دارای بهترین عملکرد و دقت است. همچنین آنالیز حساسیت پارامترهای ورودی نشان می دهد که پارامتر سیستم طبقه بندی توده سنگ RMR به عنوان یک پارامتر مهم و موثر به شمار می رود.
کلید واژگان: توده سنگ, مدول تغییر شکل پذیری, شبکه عصبی مصنوعی, آنالیز حساسیت, نرم افزار OrangeThe deformation modulus indicates the degree of deformability of the rock mass in response to any loading and unloading, and it is important because it plays a role in the design of most underground structures. Estimation of this parameter on site is usually done with the help of two tests of plate loading and dilatometer, which is associated with spending a lot of money and time. In addition, due to the presence of discontinuities and cracks in the rock mass, laboratory tests on core samples also face errors. Today, to define a relationship between a parameter and its dependent parameters and to build a model to estimate or predict the chosen parameter, a variety of computational intelligence methods are used, and of course, they also provide favorable results. The purpose of this research is to use these types of algorithms in order to create an efficient model for predicting the deformation modulus on a database. In this regard, the performance of three models created by artificial neural network, K-nearest neighbor and random forest methods have been evaluated with the Orange software. The results showed that the artificial neural network model has the best performance and accuracy with RMSE=0.116 and MAE=0.094. Also, the sensitivity analysis of the input parameters shows that the RMR system is considered as an important and effective parameter.
Keywords: Rock mass, Deformation modulus, Artificial Neural Network, Sensitivity analysis, Orange software -
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، سال پنجاه و سوم شماره 1 (پیاپی 110، بهار 1402)، صص 199 -210خاک های غیراشباع حدود 40 درصد از خاک های سطح زمین را پوشانده و در اکثر پروژ ه های مهندسی ژیومکانیک به چنین خاک های برخورد می شود. تعیین مقاومت برشی خاک های غیراشباع براساس اصل تنش موثر به منظور استفاده در این گونه پروژه ها، مستلزم انجام آزمایش های نسبتا وقت گیر، پرهزینه و پیچیده است. از طرفی به دلیل تغییرات در خصوصیات خاک هر منطقه استفاده از روش های تجربی به منظور تخمین تنش موثر خاک های غیراشباع از دقت کم تری برخوردار بوده و با خطا همراه است. به منظور برآورد صحیح مقاومت برشی خاک های غیراشباع، هدف از نگارش این مقاله کاربرد روش های جدید هوشمند برای تخمین پارامتر تنش موثر، با استفاده از دو الگوریتم بهینه سازی هوشمند گرگ خاکستری، (Grey wolf optimization) و سینوس- کسینوس، (Sine cosine algorithm) می باشد. در این مدل ها از پارامترهایی نظیر: مقدار ورودی هوا، مقدار آب حجمی در شرایط باقی مانده و اشباع، شیب منحنی مشخصه آب- خاک، فشار محدودکننده خالص و مکش به عنوان پارامترهای ورودی و از پارامتر تنش موثر به عنوان خروجی استفاده شده است. در انتها برای صحت و ارزیابی مدل های پیش بینی از شاخص های ضریب همبستگی مربع (R2)، میانگین درصد خطای مطلق، (Mean Absolute Percentage Error)، شمول واریانس، (Variance accounted for)، مجذور میانگین خطای مربع، (Root mean squared error) و میانگین خطای مربع، (Mean squared error) استفاده شده است. نتایج مدل سازی نشان می دهد که استفاده از دو الگوریتم بهینه سازی هوشمند گرگ خاکستری و سینوس- کسینوس دقت و کارایی قابل قبولی را در تخمین پارامتر تنش موثر برای خاک های غیراشباع دارد.کلید واژگان: پارامتر تنش موثر, خاک غیراشباع, تخمین غیرمستقیم, الگوریتم گرگ خاکستری, الگوریتم سینوس- کسینوسJournal of Civil and Environmental Engineering University of Tabriz, Volume:53 Issue: 1, 2023, PP 199 -210Compacted soils, which are commonly used in geotechnical engineering projects, such as earth dams, highways, embankments, and airport runways, are mostly unsaturated. To achieve a safe design in all these projects, the stress state variable in soil plays a significant role. Any proposed model for the stress state variable should express its independence from the soil properties. In saturated soils, the e effective stress is taken into account as the stress state variable. Some researchers have attempted to find the stress state variable for unsaturated soils the same as that for saturated soils with only one variable; however, they have noticed that the soil properties have been involved in the proposed models (Bishop, 1959; Escario and Saez, 1986; Khalili and Khabbaz, 1998; Lu and Likos, 2004; Rahnema et al., 2019). The purpose of this paper is to apply new intelligent methods to accurately estimate the effective stress parameter, using two gray wolf optimization (GWO) and sine-cosine (SCA) optimization algorithms.Keywords: Effective stress parameter, Unsaturated soil, indirect estimation, gray wolf algorithm, sine-cosine algorithm
-
تعیین ظرفیت باربری جانبی شمع ها از جمله مسایل مهمی است که در اثر عواملی مانند ناهمسانی محیط خاک در برگیرنده شمع و مشخصات هندسی آن، تخمین صحیح ظرفیت باربری جانبی یک شمع را با مشکلی همراه می سازد. با آنکه آزمایش بارگذاری شمع می تواند با وجود دقت بالا، به عنوان یک روش قابل اعتماد در مراحل مختلف طراحی به کار رود، هزینه های زیاد و زمان انجام طولانی را برای پروژه های عمرانی و معدنی متحمل می شود. در این مقاله، به منظور کاربرد روش های جدید هوشمند برای تخمین ظرفیت باربری جانبی شمع ها در خاک های رسی نرم (Qm)، از دو الگوریتم بهینه سازی کلونی زنبور عسل (ABC) و علف های هرز (IWO) استفاده شده است. در پایان به منظور ارزیابی دقت مدل ها، از شاخصهای ضریب همبستگی مربع (R2)، شمول واریانس (VAF)، میانگین درصد خطای مطلق (MAPE)، جذر میانگین خطای مربع (RMSE) و میانگین خطای مربع (MSE) استفاده شده است. نتایج ارزیابی نشان داد که برای الگوریتم کلونی زنبور عسل، دقت تخمین با استفاده از شاخص های R2 و VAF حدود 99/0-98/0 و با استفاده از شاخص های MAPE، RMSE وMSE بین 0056/0-000032/0 و همچنین برای برای الگوریتم علف های هرز دقت تخمین با استفاده از شاخص های R2 و VAF حدود 98/0-97/0 و با استفاده از شاخص های MAPE، RMSE وMSE بین 023/0-00053/0 بدست آمد. علاوه بر آن نتایج حاصل از تحلیل حساسیت نشان داد که مقاومت برشی زهکشی نشده خاک (Su)، در میان سایر پارامترهای ورودی، بیشترین تاثیر را بر روی ظرفیت باربری جانبی شمع ها دارد و تغییر در آن بیشترین تاثیر را بر روی خروجی مدل ها خواهد گذاشت.کلید واژگان: ظرفیت باربری جانبی شمع, خاک های رسی اشباع نرم, الگوریتم کلونی زنبور عسل, الگوریتم علف های هرز, تحلیل حساسیتDetermining the lateral bearing capacity of piles is one of the important issues that due to factors such as heterogeneity of soil environment in the pile and its geometric characteristics, the correct estimation of lateral bearing capacity of a pile is a problem. Although pile loading testing can be used as a reliable method at various stages of design despite its high accuracy, it incurs high costs and long execution times for construction and mining projects. In this paper, in order to apply new intelligent methods to estimate the lateral bearing capacity of piles in soft clay soils, two bee colony optimization and invasive weed optimization algorithms have been used.Finally, in order to evaluate the accuracy of the models, the indices of square correlation coefficient (R2), variance inclusion (VAF), mean absolute error percentage (MAPE), root mean square error (RMSE) and mean square error (MSE) were used. The evaluation results showed that for the bee colony algorithm, the estimation accuracy using R2 and VAF indices was about 0.98-0.99 and using MAPE, RMSE and MSE indices between 0.000032-0.0056 and also for the algorithm. For invasive weed optimization algorithm, estimation accuracy using R2 and VAF indices was about 0.97-0.98 and using MAPE, RMSE and MSE indices was between 0.0005-0.023. In addition, the results of sensitivity analysis showed that the non-drained shear strength of soil (Su), among other input parameters, has the greatest impact on the lateral bearing capacity of piles and change in it will have the greatest impact on the output.Keywords: Lateral bearing capacity of piles, Soft saturated clay soils, Bee colony algorithm, Invasive Weed Optimization Algorithm, Sensitivity analysis
-
پی های شمعی از سازه های مهم در حوزه ی ژیوتکنیک هستند که ممکن است تحت بارهای جانبی بزرگی قرارگیرند. تخمین ظرفیت باربری این گونه شمع ها با استفاده از روش های تجربی، همواره با خطا همراه بوده و نتیجه مدل سازی را از واقعیت دور می سازد. امروزه روش های هوشمند، قابلیت بالایی در امر پیش بینی و تخمین متغیر مجهول از خود نشان داده اند و می توانند جایگزین روش های تجربی و تحلیلی باشند. در این تحقیق سعی شد با ایجاد یک مدل ترکیبی هوشمند به نام رگرسیون بردار ارتباط بهینه شده با الگوریتم فراابتکاری کلونی زنبور عسل (RVR-ABC) به پیش بینی دقیق ظرفیت باربری جانبی شمع ها در خاک های رسی پرداخته شود. در این روش از رگرسیون بردار ارتباط به عنوان مدل پیش بینی کننده و از الگوریتم فراابتکاری کلونی زنبور عسل به منظور بهینه سازی پارامترهای روش رگرسیون بردار ارتباط استفاده شده است. در این مدلسازی داده های به کار گرفته شده، مربوط به یک مجموعه داده آزمایشگاهی ظرفیت باربری جانبی شمع در مقیاس کوچک می باشد. برای ارزیابی دقت مدلسازی از شاخص های مختلف آماری استفاده شد که نهایتا نتایج نشان داد که مدل ترکیبی RVR-ABC برای داده های آزمون با R2=0.975 و RMSE=0.001 ، از توانایی بالایی در پیش بینی ظرفیت باربری جانبی شمع ها برخوردار است. بعلاوه آنالیز حساسیت انجام شده در این مطالعه نشان داد که متغیرهای خروج از مرکز بار و طول مدفون شمع، در مقایسه با سایر پارامترها بااهمیت تر و تاثیرگذارترند.
کلید واژگان: رگرسیون بردار ارتباط (RVR), کلونی زنبور عسل (ABC), ظرفیت باربری جانبی شمع, آنالیز حساسیتEstimation of the load carrying capacity of pile foundation is one of the most sought after research areas in geotechnical engineering. Static equilibrium and other dynamic equations are used to predict the axial load capacity of pile. The prediction of lateral load capacity of piles, used in tall and offshore structures is more complex and requires solution of non-linear differential equations. The elastic analysis adopting Winkler soil model is not suitable for the non-linear soil behavior. Estimating the load capacity of such piles using experimental methods is always associated with error and makes the modeling result far from reality. Today, intelligent methods have shown a high capability in predicting and estimating unknown variables and can replace experimental and analytical methods. In this research, we tried to accurately predict the lateral load capacity of piles in clay soils by creating an intelligent hybrid model called optimized relevant vector regression with the artificial bee colony algorithm. The relevant vector regression is a probabilistic method based on Bayesian approach. The relevant vector regression does not need to predict the error/margin tradeoff parameter C, which can decrease the time and the kernel function, does not need to satisfy the Mercer condition. For those relevant vector regression advantages compared with the support vector regression approach, relevant vector regression model is successfully applied in regression prediction problems. In this method, relevant vector regression is used as a predictive model and artificial bee colony algorithm is used to optimize the parameters of relevant vector regression method. The artificial bee colony algorithm is a swarm based meta-heuristic algorithm for optimizing numerical problems. It was inspired by the intelligent foraging behavior of honey bees. The algorithm is specifically based on the model for the foraging behavior of honey bee colonies. The model consists of three essential components: employed and unemployed foraging bees, and food sources. The first two components, employed and unemployed foraging bees, search for rich food sources, which is the third component, close to their hive. The model also defines two leading modes of behavior which are necessary for self-organizing and collective intelligence: recruitment of foragers to rich food sources resulting in positive feedback and abandonment of poor sources by foragers causing negative feedback. In artificial bee colony, a colony of artificial forager bees (agents) search for rich artificial food sources (good solutions for a given problem). To apply artificial bee colony, the considered optimization problem is first converted to the problem of finding the best parameter vector which minimizes an objective function. Then, the artificial bees randomly discover a population of initial solution vectors and then iteratively improve them by employing the strategies: moving towards better solutions by means of a neighbor search mechanism while abandoning poor solutions.In this modeling, the data used are related to a laboratory data set of small-scale pile load capacity. Various statistical indicators were used to evaluate the modeling accuracy. Finally, the results showed that the combined relevant vector regression with the artificial bee colony algorithm for test data with R2 = 0.975 and RMSE = 0.001, has a high ability to predict the lateral load capacity of spark plugs. In addition, the sensitivity analysis performed in this study showed that the variables of eccentricity of load and the length of pile are more important and effective compared to other parameters.
Keywords: Relevant vector regression, Artificial bee colony algorithm, Lateral load capacity, Sensitivity analysis -
بعلت تخمین دقیق زمان حفاری و برآورد هزینه های اجرایی، پیش بینی نرخ نفوذ در حفاری مکانیزه حایز اهمیت است. از طرفی به دلیل قیمت بالای ماشین حفاری تمام مقطع (TBM)، ارزیابی عملکرد در حفاری با استفاده از این ماشین بسیار اهمیت دارد. یکی از شاخص های ارزیابی عملکرد ماشین TBM، پیش بینی نرخ نفوذ این دستگاه می باشد. طی سالیان اخیر توسط محققین روش ها و روابط متنوعی برای پیش بینی نرخ نفوذ پیشنهاد شده که هر کدام ویژگی های خاص خود را داشته و براساس پارامترهای مربوط به توده سنگ و مشخصات ماشین ارایه شده اند. هدف از نگارش این مقاله توسعه مدل های دقیق پیش بینی برای تخمین نرخ نفوذ TBM با استفاده از الگوریتم های فراابتکاری نظیر الگوریتم ژنتیک، الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی، الگوریتم پژواک صدای دلفین و الگوریتم گرگ خاکستری است. برای ساخت مدل های پیش بینی از 153 داده که شامل: مقاومت فشاری تک محوره سنگ بکر (UCS)، تردی سنگ بکر(BI)، زاویه بین صفحات ناپیوستگی و جهت حفاری TBM (α) و فاصله بین صفحات ناپیوستگی (DPW) به عنوان پارامترهای ورودی استفاده شده است. همچنین برای ارزیابی مدل ها از شاخص های آماری نظیر میانگین خطای مربعات (MSE) و ضریب همبستگی مربع (R2) استفاده شده است. نتایج مدلسازی ها نشان می دهد الگوریتم ژنتیک با مقادیر012/0=MSETrain، 02/0=MSETest ، 9319/0=R2Train و 8473/0=R2Test از دقت قابل قبولی در پیش بینی نرخ نفوذ TBM (نسبت به سایر الگوریتم ها) برخوردار است.
کلید واژگان: نرخ نفوذ TBM, الگوریتم ژنتیک, الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی, الگوریتم پژواک صدای دلفین, الگوریتم گرگ خاکستریOne of the indicators for evaluating the performance of a tunnel drilling machine is predicting the penetration rate of this machine. There are various methods and relationships for predicting the penetration rate, each of which has its own characteristics and are presented based on the parameters related to the rock mass and the characteristics of the machine. In this study, genetic, artificial immune system, dolphin echolocation and grey wolf algorithms were used to predict the penetration rate of TBM. In this regard, the database consists of 153 data (122 data for train and 31 data for test) including parameters of intact rock such as strength and brittleness and rock mass characteristics such as distance between planes of weakness and orientation of discontinuities along with TBM machine performance in Queens tunnel has been collected. Mean square error (MSE) and square correlation coefficient (R2) have been used to estimate the error rate between the developed methods. Considering the key parameters of rock mass and intact rock and TBM, relationships to predict the penetration rate are presented and based on statistical analysis, the best relationship is selected. The results are compared with the real data and the results of other models show that the values penetration rate predicted by the genetic algorithm with MSETrain=0.012, MSETest=0.02, R2Train=0.9319 and R2Test=0.8473,has acceptable accuracy compared to other methods.
Keywords: Penetration rate of TBM, Genetic Algorithm, Artificial immune system algorithm, Dolphin echolocation algorithm, Grey Wolf Algorithm -
به علت وجود مشکلات در ارزیابی تغییر شکل توده سنگ های درزه دار در مقیاس آزمایشگاهی، می توان برای در نظر گرفتن اثر مقیاس و درزه ها از روش های مختلف آزمایش برجا مانند آزمایش بارگذاری صفحه ای و دیلاتومتری استفاده کرد. اگر چه این روش ها در حال حاضر بهترین هستند، اما گران، زمان بر و دارای مشکلات عملیاتی در حین اجرا هستند. بنابراین در این مقاله برای غلبه بر این مشکلات، از الگوریتم های جدید جستجوی هارمونی (HS) و الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری (TLBO) برای تخمین غیرمستقیم مدول تغییرشکل پذیری توده سنگ استفاده شده است. در این مدل ها از امتیاز رده بندی توده سنگ (RMR)، مقاومت فشاری تک محوره سنگ بکر (UCS)، عمق (D) و مدول الاستیسیته سنگ بکر (Ei) به عنوان پارامترهای ورودی و از مدول تغییرشکل پذیری توده سنگ (Em) به عنوان پارامتر خروجی استفاده شده است. در این مقاله، با استفاده از شاخص های آماری مختلف، مدل ایجادشده توسط الگوریتم ها، ارزیابی و اعتبارسنجی می شود. نتایج ارزیابی نشان داد که دقت رابطه برای الگوریتم جستجوی هارمونی با استفاده از شاخص های R2 و VAF حدود 93/0-91/0 و درصد خطا با استفاده از شاخص های RMSE وMSE بین 0042/0-000017/0 است هم چنین دقت رابطه برای الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری با استفاده از روش R2 و VAF حدود 95/0-92/0 و درصد خطا با استفاده از شاخص های RMSE وMSE بین 0032/0-000010/0 به دست آمد.کلید واژگان: مدول تغییرشکل پذیری, الگوریتم جستجوی هارمونی, الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری, توده سنگDue to the difficulties in assessing the deformation of jointed aggregates at the laboratory scale, various in situ testing methods such as plate loading test and dilatometry can be used to consider the effect of scale and joints. Although these methods are currently the best, they are expensive, time consuming, and have operational difficulties during implementation. Therefore, in this paper, to overcome these problems, new harmony search algorithms (HS) and teaching-learning optimization algorithm (TLBO) are used to indirectly estimate the modulus of rock mass deformation. In these models, the rock mass classification score (RMR), uniaxial compressive strength of virgin rock (UCS), depth (D) and the modulus of elasticity of intact rock (Ei) as input parameters and the modulus of rock mass deformability (Em) as output parameter Used. In this paper, Using different statistical indicators, the model created by the algorithms is evaluated and validated. The evaluation results showed that the relationship accuracy for the harmonic search algorithm using R2 and VAF methods is about 0.91-0.93 and using the RMSE and MSE methods is between 0.000017-0.0042. Also, the relationship accuracy for the optimization algorithm Based on teaching and learning using R2 and VAF methods, about 0.92-0.95 and using RMSE and MSE methods were between 0.00001- 0.0032.Keywords: Deformation of modulus, harmony search algorithm, teaching-learning optimization algorithm, rock mass
-
تزریق پذیری یک پارامتر بااهمیت در عملیات تزریق است و پیش بینی صحیح آن منجر به انتخاب مناسب مواد سیال تزریق شونده می شود. این پارامتر در اکثر مواقع با روش های تجربی تخمین زده می شود و پیش بینی را با خطا همراه می کند. در این تحقیق سعی شد به منظور ساخت و صحت سنجی چند مدل داده کاوی در حوضه ی طبقه بندی، مجموعه ای از داده های آزمایشگاهی در عملیات تزریق موجود در چندین منبع به کار گرفته شود. مدل های طبقه بندی بکار گرفته شده در نرم افزار Orange شامل روش های ماشین بردار پشتیبان، شبکه عصبی مصنوعی، نزدیک ترین همسایگی، جنگل تصادفی و بیزین ساده می باشند. در این مدل ها، متغیرهای ورودی عبارت است از: نسبت آب به سیمان در دوغاب تزریق شونده، دانسیته نسبی خاک، فشار تزریق، درصد ریزدانه خاک، نسبت قطر ذرات خاک که 15 درصد وزنی نمونه از آن کوچک تر است به قطر ذرات سیال تزریقی که 85 درصد وزنی نمونه از آن کوچک تر است (N1=D15 soil/D85 grout و N2=D10 soil/D95 grout). پس از مدل سازی، نتایج نشان می دهد که مدل های بکار گرفته شده به خوبی رابطه ی بین تزریق پذیری و عوامل موثر آن را تعریف می کنند و از دقت بالایی در تخمین تزریق پذیری خاک های دانه ای برخوردار هستند. با توجه به ماتریس کارایی مدل ها، مدل شبکه عصبی مصنوعی با دقت 0/86 درصد و مدل نزدیک ترین همسایگی با دقت 0 /85درصد عملکرد بهتری نسبت به سایر روش ها دارند. بعلاوه در بررسی اهمیت متغیرهای ورودی بر اساس شاخص های امتیازدهی، متغیرهای N2 و N1 تاثیرگذارترین متغیرها در روند پیش بینی صحیح تزریق پذیری هستند.
کلید واژگان: طبقه بندی, تزریق پذیری, خاک های دانه ای, نرم افزار OrangeJournal of Aalytical and Numerical Methods in Mining Engineering, Volume:12 Issue: 32, 2022, PP 31 -39IntroductionThe purpose of grouting is to strengthen and improve the mechanical and hydraulic properties of the rock and soil. The fluid that is injected into the cavities and fissures of the environment is like a viscous liquid consisting of grains whose size is important in the grouting operation. Therefore, determining the groutability ratio in grouting operation is considered as an important parameter. Today, studies using data mining science show that the groutability of granular soils, in addition to grain size, is affected by various factors of the soil and the material of grout, which predicts groutability more accurately. Throughout history, many researchers have predicted groutability through experimental relationships. However, today, the capability of data mining methods in accurate predictions has shown that one approach in predicting groutability is to use a variety of data mining models and inferential systems.
Methodology and Approaches:
The purpose of this study is to evaluate several models of data mining methods, including ANN, SVM, KNN, RF and NB. For this purpose, a set of laboratory information related to groutability has been used in four literatures that include 87 data in order to develop efficient models for predicting groutability. Classification models are created in Orange software.
Results and ConclusionsThe output variable is a property of groutability, which as a binary variable has two states of zero meaning nongroutable and 1 meaning groutable. Input variables also include the ratio of water cement in the grout or viscosity (W/C), the relative density of the soil (Dr), grouting pressure (P), the percentage of the soil particles passing through a 0.6 mm sieve (FC), N1 = D15soil / D85 grout and N2 = D10 soil / D95 grout. The values of the evaluation criteria for the methods are almost close to each other. Based on the AUC index, the random forest is the best model and the k-nearest neighbor method has the lowest value of this index. However, in terms of other criteria, the artificial neural network is higher than other methods and the k-nearest neighbor method is very close to it. On the other hand, the random forest model has the lowest value of criteria. Ignoring the AUC criteria, ANN and KNN methods are the best methods.One of the capabilities of Orange software is to study the effect and importance of input variables on the prediction of the target variable, in other words, the sensitivity of the output variable to input variables. The results show that variable N2 is in the first level based on the three criteria of information gain, relative information gain and Gini index, and variable N1 is in the second level with a very small difference in the values of the criteria. In addition, in the last row, W/C has the lowest value of the criteria and shows a small role in the correct prediction of groutability.
Keywords: Classification, Groutability, granular soils, Orange Software -
در پیش بینی رفتار سازه های ژیوتکنیکی که بر خاک های غیر اشباع احداث می شوند، دانستن خواص ژیومکانیکی به ویژه تنش موثر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تاثیر مکش در خاک های غیراشباع موجب تغییر در رفتار حجمی و برشی خاک می شود. از این رو در تعیین مقاومت برشی در خاک های غیراشباع، پارامتر تنش موثر (χ) به عنوان تابعی از مکش نقش اساسی دارد. تعیین این پارامتر نیازمند زمان و هزینه زیادی است که در آزمون های آزمایشگاهی صرف می شود. هدف از این تحقیق ارزیابی چند روش هوشمند برای ایجاد مدل هایی است که از طریق غیرمستقیم پارامتر χ را به طور دقیق تخمین بزند. بدین منظور از 120 داده (که از نتایج آزمایش های سه محوره، برشی، صفحه فشار و کاغذ فیلتر است) و روش های هوشمند جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان و نزدیک ترین همسایگی در نرم افزار هوشمند WEKA استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که مدل های توسعه یافته توسط سه روش هوشمند جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان و نزدیک ترین همسایگی، از عملکرد و دقت بسیار خوبی برخوردار هستند. اما مدل جنگل تصادفی در ارزیابی بر روی داده های آزمون با R2=0.918 و RMSE=0.079، بهتر از دو مدل دیگر است. به علاوه در این تحقیق آنالیز حساسیت به منظور تعیین اهمیت پارامترهای موثر بر روی پارامتر χ انجام شد که از بین پارامترهای ورودی در مدل سازی، مشخص شد که پارامتر محتوای آب حجمی بیشترین تاثیر را بر روی پارامتر χ دارد.
کلید واژگان: تنش موثر, جنگل تصادفی, ماشین بردار پشتیبان, نزدیک ترین همسایگی, آنالیز حساسیت, نرم افزار WEKAIn predicting the behavior of geotechnical structures that are constructed on unsaturated soils, knowing the geomechanical properties, especially effective stress, is of particular importance. The effect of suction in unsaturated soils changes the volumetric and shear behavior of soil. Therefore, in determining the shear strength in unsaturated soils, the effective stress parameter (χ) plays an essential role as a function of suction. Determining this parameter requires a lot of time and money that is spent on laboratory tests. The purpose of this study is to evaluate several intelligent methods for creating models that indirectly accurately estimate parameter (χ). For this purpose, 120 data (which are the results of thriaxial, shear, pressure plate and filter paper tests) and intelligent methods of random forest, support vector machine and k-nearest neighbor were used in WEKA intelligent software. The results show that the models developed by the three intelligent methods of random forest, support vector machine and k-nearest neighbor, have excellent performance and accuracy. But the random forest model is better than the other two models in evaluating the test data with R2 = 0.918 and RMSE = 0.079. In addition, in this study, sensitivity analysis was performed to determine the importance of the parameters affecting parameter (χ). Among the input parameters in modeling, it was found that the volume water content parameter (θ_r/θ_s ) has the greatest effect on parameter (χ).
Keywords: Effective Stress, random forest, Support vector machine, k-Nearest Neighbor, WEKA Software -
بررسی پایداری شیروانی ها یا شیب های خاکی از نظر داشتن پتانسیل ایجاد زمین لغزش های عظیم و تخریب مسیرها و سازه های مهم، از حساس ترین و مهم ترین مسایل ژیوتکنیک می باشند. تعیین ضریب اطمینان این شیروانی ها در پی تحلیل پایداری آن ها، با وجود تغییرپذیری بسیار پارامترهای خاک، در بسیاری از موارد وجود دارد. در این صورت به منظور پوشش دادن اثر عدم قطعیت های موجود ناچار به اعمال یک ضریب اطمینان نسبتا بزرگ شده که هزینه های زیادی را به دنبال خواهد داشت. در ارزیابی های احتمالاتی بویژه ارزیابی قابلیت اعتماد، تلاش می شود تا با بکارگیری دامنه ای از مقادیر ممکن برای متغیرها، دامنه تغییرات تابع هدف تعیین شود و احتمال شکست به جای ضریب اطمینان محاسبه شود. هدف از نگارش این مقاله ارایه یک روش جهت تحلیل احتمالاتی پایداری یک سد خاکی است. در این مقاله با استفاده از ترکیب روش شبیه سازی مونت کارلو به عنوان یک الگوریتم محاسباتی در نرم افزار Slide و روابط روش بیشاپ (یکی از روش های تعادل حدی)، پایداری شیب یک سد خاکی (بعنوان مطالعه موردی) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مدلسازی نشان داد که احتمال شکست سد خاکی در بحرانی ترین سطح لغزش با ضریب اطمینان 336/2 معادل صفر برآورد می شود. همچنین نتایج تحلیل حساسیتی که بر اساس ارزیابی های احتمالاتی انجام شد نشان می دهد که متغیر زاویه اصطکاک داخلی موثرترین متغیر در تخمین احتمال شکست است. بررسی سد موردنظر در تحقیقات دیگر نشان می دهد، ارزیابی این سد در تحقیق حاضر از دقت خوبی برخوردار است. درحالی که استفاده از نرم افزار Slide ارزیابی ها را آسان تر کرده و به آن سرعت بخشیده است.
کلید واژگان: تحلیل احتمالاتی, شبیه سازی مونت کارلو, روش تعادل حدی, نرم افزار SlideProbabilistic slope stability analysis provides a tool for considering uncertainty of the soil parameters in design. In this paper, using Slide software, the Monte Carlo simulation is used as an analytical method to develop probabilistic models of slope stability based on equilibrium methods. The limit equilibrium methods are the most popular approaches in slope stability analysis. These methods are well known to be a statically indeterminate problem, and assumptions on the inter-slice shear forces are required to render the problem statically determinate. In modeling using this methodology, the selected stochastic parameters are internal friction angle, cohesion and unit weight of soil, which are modeled using a truncated normal probability density function (pdf). In this research, the abilities offered using models were presented by using field data obtained from Cannon dam in Iran. The results obtained show that the hybrid Monte Carlo simulation and equilibrium methods can be used successfully for slopes stability assessment.
Keywords: Probabilistic analysis, Monte Carlo simulation, Slide software, limit equilibrium methods -
با گسترش روزافزون محیط های شهری، ایجاد و توسعه سیستم های حمل ونقل درون شهری به منظور کاهش ترافیک، آلودگی ها و کاهش هزینه های ناشی از عبور و مرور درون شهری امری ضروری است. با توجه به اینکه بخش مهمی از هزینه ساخت مترو مربوط به حفاری و نگهداری تونل ها می شود. بنابراین یکی از مهم ترین تصمیم ها در بحث ساخت تونل های مترو روش حفاری در محیط های آبرفتی و ریزشی می باشد. حفاری تونل توسط ماشین TBM-EPB در مقایسه با سایر روش های حفاری در خاک های نرم و مناطق ریزشی یک روش سریع، پرقدرت و همراه با نگهداری است. یکی از عوامل بسیار مهم در جلوگیری از ریزش سینه کار در حین حفاری در زمین های نرم و آبرفتی برآورد فشار سینه کار بهینه ماشین حفاری در هر مرحله حفاری (کیلومتراژهای مختلف) می باشد. زیرا کم و یا زیاد بودن فشار سینه کار ماشین حفاری منجر به افزایش هزینه ها، خسارت های جانی، سختی زیاد و همچنین منجر به وقفه در اتمام پروژه می شود. در این مقاله به دلیل عدم قطعیت در پارامترهای ژیوتکنیکی و حساسیت تونل های شهری، مسئله از دیدگاه احتمالاتی مورد مطالعه قرار گرفته است. به همین منظور، ابتدا برای 50 حالت مختلف مدل سازی عددی خط 2 مترو تبریز با استفاده از نرم افزار PLAXIS3D2020 صورت گرفته و در ادامه از روش شبیه سازی مونت کارلو برای تولید اعداد تصادفی و اختصاص توزیع های احتمالاتی مناسب استفاده شده است. سپس با استفاده از الگوریتم فراابتکاری گرگ خاکستری (GWO) فشار سینه کار ماشینTBM-EPB با کمک رابطه پیش بینی بدست آمده، تخمین زده شده است. در نهایت به منظور ارزیابی و صحت سنجی رابطه بدست آمده از شاخص های آماری ضریب همبستگی مربع (R2)، شمول واریانس (VAF)، میانگین درصد خطای مطلق (MAPE)، جذر میانگین خطای مربع (RMSE) و میانگین خطای مربع (MSE) استفاده شده است. با توجه به اعتبارسنجی مدل، رابطه ایجاد شده توسط الگوریتم گرگ خاکستری به واقعیت مسئله بسیار نزدیک بوده و از آن می توان برای ادامه مسیر در مناطق مشابه دیگر استفاده کرد.
کلید واژگان: فشار سینه کار ماشینTBM-EPB, الگوریتم گرگ خاکستری, شبیه سازی مونت کارلو, نرم افزار PLAXIS3D2020With the increasing expansion of urban environments, the creation and development of intra-city transportation systems in order to reduce traffic, pollution and reduce the costs of intra-city traffic is essential. Considering that an important part of the construction cost of the metro is related to the excavation and maintenance of tunnels. Therefore, one of the most important decisions in the construction of subway tunnels is the excavation method in alluvial and fall environments. Tunnel excavation by TBM-EPB machine is a fast, powerful and maintenance method compared to other excavation methods in soft soils and fall areas. One of the most important factors in preventing the face pressure from falling during excavation in soft and alluvial fields is estimating the optimal face pressure of the excavation machine in each excavation stage (different kilometers). Because the high or low face pressure of the excavation machine leads to increased costs, loss of life, high hardness and also leads to delays in the completion of the project. In this paper, due to the uncertainty in geotechnical parameters and the sensitivity of urban tunnels, the issue has been studied from a probabilistic perspective. For this purpose, first for 50 different numerical modeling modes of Tabriz Metro Line 2 using PLAXIS3D2020 software and then Monte Carlo simulation method has been used to generate random numbers and assign appropriate probabilistic distributions. Then, using the Gray Wolf meta-heuristic algorithm (GWO), the face pressure of the TBM-EPB machine was estimated using the prediction relation. Finally, in order to evaluate and validate the relationship, the statistical indicators of square correlation coefficient (R2), variance inclusion (VAF), mean absolute error percentage (MAPE), root mean square error (RMSE) and mean square error (MSE) were used. Is. According to the model validation, the relationship created by the gray wolf algorithm is very close to the reality of the problem and it can be used to continue the route in other similar areas.
Keywords: TBM-EPB machine face pressure, Gray Wolf algorithm, PLAXIS3D2020 software, Monte Carlo Simulation -
با توسعه و رشد جمعیت در شهرهای بزرگ؛ نیاز به استفاده از امکانات حمل ونقل همگانی مانند مترو رو به افزایش است. با توجه به اهمیت شبکه حمل ونقل شهری، توجه به کنترل سلامت سازه های زیرزمینی در برابر بارهای استاتیکی و دینامیکی بسیار حایز اهمیت می باشد. از آنجا که ایران یکی از کشورهای لرزه خیز جهان است در چند سال اخیر شاهد وقوع زلزله های مخرب و ویرانگری بوده و خسارت های سنگینی را به همراه داشته است. براساس مطالعات پیشین، سازه های زیرزمینی در برابر زلزله از ایمنی بیشتری برخوردار است. زیرا سازه های سطحی تنها در کف و سطح تحتانی به زمین متصل هستند. در صورتی که سازه های زیرزمینی درگیری کاملی با محیط دربرگیرنده داشته و در برابر بارهای زلزله مقاوم تر هستند. اما با این حال با توجه با اینکه اغلب متروها در خاک های کم عمق شهری احداث می شوند، گزارش هایی از خسارت های سنگین و آسیب به این فضاهای زیرزمینی در برابر بار زلزله وجود داشته است. به همین دلیل شناسایی آسیب و کنترل سلامت فضاهای زیرزمینی بخصوص متروها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در این تحقیق، با توجه به عدم قطعیت در پارامترهای زمین و همچنین عدم پیش بینی دقیق از مسیر حفاری از نرم افزار 3DEC (در زمان برخورد با لایه های سنگی) در کنار نرم افزار PLAXIS3D2020 برای تحلیل استاتیکی و دینامیکی تونل خط 2 مترو مشهد استفاده شده است. بعلاوه در این تحقیق به منظور کنترل سلامت سازه (خط 2 مترو مشهد) از روش های تبدیل موجک (WT) استفاده شده است. به همین منظور سیگنال دریافتی توسط تحلیل های دینامیکی فراخوانی شده و با استفاده از جعبه ابزار تبدیل موجک در نرم افزار MATLAB، محل های آسیب در مدل (اطراف پوشش بتنی و مرزهای کناری) شناسایی شد که بدیهی است پس از شناسایی محل آسیب می توان با استفاده از سیستم نگهداری مناسب از ریزش سازه زیرزمینی در محل های شناسایی شده جلوگیری کرد.
کلید واژگان: تبدیل موجک, کنترل سلامت سازه زیرزمینی, شناسایی آسیب, نرم افزار PLAXIS3D2020, نرم افزار 3DECWith the development and growth of the population in big cities; The need to use public transportation facilities such as the metro is growing. Given the importance of the urban transportation network, it is very important to pay attention to the health control of underground structures against static and dynamic loads. As Iran is one of the seismic countries in the world, in recent years it has witnessed devastating earthquakes and has caused heavy damage. According to previous studies, underground structures are more safe against earthquakes. Because surface structures are connected to the ground only on the floor and lower surface. If the underground structures are in full conflict with the surrounding environment and are more resistant to earthquake loads. However, given that most subways are built on shallow urban soils, there have been reports of severe damage to these underground spaces from earthquake loads. For this reason, identifying damage and controlling the health of underground spaces, especially subways, is very important. In this research, due to the uncertainty in the ground parameters and also the lack of accurate forecast of the drilling route, 3DEC software (when dealing with rock layers) along with PLAXIS3D2020 software has been used for static and dynamic analysis of Mashhad Metro Line 2 tunnel. In addition, in order to control the health of the structure (Mashhad Metro Line 2), wavelet transform (WT) methods have been used. For this purpose, the received signal was called by dynamic analysis and using the wavelet conversion toolbox in MATLAB software, damage areas were identified in the model (around the concrete cover and side borders), which obviously can be identified using the maintenance system. Properly prevented the collapse of the underground structure in the identified areas.
Keywords: Wavelet Transform, Damage detection, PLAXIS3D2020 software, 3DEC software, Health control of underground spaces -
ماشین حفار بازویی از آن دسته از ماشین هایی می باشند که قابلیت حفاری بالایی در سنگ هایی با مقاومت کم تا متوسط را دارا می باشند. از این رو به طور گسترده در حفریات زیرزمینی مورد استفاده قرار می گیرند. تخمین عملکرد ماشین حفار بازویی یکی از موضوعات اصلی و مهم در تخمین تقریبی زمان اتمام پروژه و همچنین هزینه های پروژه به حساب می آید. به همین منظور هدف از نگارش این مقاله پیشنهاد مدل های پیش بینی هوشمند برای تخمین عملکرد ماشین حفار بازویی بوسیله ی دو روش هوشمند الگوریتم کرم شب تاب (FA) و الگوریتم مبتنی بر آموزش و یادگیری (TLBO) و با استفاده از یک پایگاه داده (یک مطالعه موردی) است. در این مدل ها از مقادیر واجهشی چکش اشمیت و شاخص کیفیت توده سنگ (RQD) به عنوان پارامترهای ورودی و از نرخ برش ماشین حفار بازویی به عنوان پارامتر خروجی استفاده شده است. در پایان برای ارزیابی دقت مدل ها و مدلسازی از شاخص های ضریب همبستگی مربع (R2)، شمول واریانس (VAF)، جذر میانگین خطای مربع (RMSE) و میانگین خطای مربع (MSE) استفاده شده است. با توجه به نتایج بدست آمده در این مقاله و همچنین اعتبارسنجی مدل ایجاد شده، مقادیر پیش بینی عملکرد ماشین حفار بازویی توسط الگوریتم های بهینه سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری و کرم شب تاب با مقادیر واقعی بسیار نزدیک بوده و از خطای کمی برخوردار است. بنابراین از مدل ایجاد شده می توان برای عملکرد ماشین حفار بازویی در شرایط زمین شناسی مشابه دیگر استفاده کرد.
کلید واژگان: ماشین حفار بازویی, الگوریتم مبتنی بر آموزش و یادگیری, الگوریتم کرم شب تاب, مقادیر برگشتی چکش اشمیتRoadheader machine is one of those machines that have high drilling capability in rocks with low to medium strength. Hence they are widely used in underground excavations. Estimating the performance of roadheader machine is one of the main and important issues in estimating the approximate project completion time as well as project costs. Therefore, the purpose of this paper is to propose intelligent forecasting models for estimating the performance of roadheader machine by two intelligent methods (the firefly algorithm (FA) and the Teaching-learning based optimization algorithm (TLBO)) and using a database (a case study). Is. In these models, the Schmidt hammer rebound values and the rock quality degree (RQD) are used as input parameters and the cutting rate of the roadheader is used as the output parameter. Finally, to evaluate the accuracy of the models and modeling, the indices of square correlation coefficient (R2), variance account for (VAF), root mean square error (RMSE) and mean square error (MSE) have been used. The results indicated that the two models have strong potentials to estimate roadheader performance with high degrees of accuracy and robustness.
Keywords: Roadheader, TLBO algorithm, firefly algorithm, Schmidt hammer rebound values, Tunnel excavation -
یکی از مباحث مهم در طراحی تونل های غیر هم سطح، تعیین جانمایی بهینه تونل ها نسبت به هم هست. این موضوع در مناطق متراکم شهری که اغلب به صورت تونل های غیرمسلح انجام می شود، اهمیت بیشتری پیدا می کند. در این تحقیق به منظور جانمایی بهینه از دو عامل نشست سطح زمین و پایداری (ضریب ایمنی) تونل ها استفاده شده است. جانمایی بهینه تونل های غیر هم سطح در شرایط متنوع زمین شناسی بایستی از روش های احتمالاتی و قابلیت اعتماد استفاده کرد. از طرفی آگاهی از میزان تاثیر هر یک از پارامترهای طراحی در مقدار نشست سطح زمین و ضریب ایمنی می تواند منجر به کاهش صدمات سازه های سطحی شود. در این مقاله از نرم افزار المان محدود PLAXIS3D جهت مطالعه حالت های مختلف تونل های غیر هم سطح استفاده شده است. سپس به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی دو تابع حالت حدی به صورت جدا برای ضریب ایمنی و حداکثر نشست سطح زمین تخمین زده شده است. در ادامه با استفاده از دو تابع حالت حدی به دست آمده از مرحله ی قبل و روش های قابلیت اعتماد مرتبه اول و شبیه سازی مونت کارلو در نرم افزار RT بهترین جانمایی برای حفر تونل جدید نسبت به تونل قبلی (موجود) بر مبنای داشتن بیشترین ضریب ایمنی و کمترین نشست سطح زمین پیشنهاد شده است. نتایج نشان می دهد که احتمال شکست تونل اول (موجود) تقریبا 0/3 درصد بوده و ازنظر پایداری و عکس العمل نسبت به موقعیت بهینه تونل جدید شرایط ایده آلی خواهد داشت.
کلید واژگان: تونل های غیر هم سطح, الگوریتم جستجوی هارمونی, شبیه سازی مونت کارلو, قابلیت اعتماد مرتبه اول, نرم افزار PLAXIS3DJournal of Aalytical and Numerical Methods in Mining Engineering, Volume:12 Issue: 30, 2022, PP 1 -14SummaryOne of the important issues in designing non-level tunnels is determining the optimal location of tunnels relative to each other. In this research, to optimally locate the two factors of land subsidence and stability (safety factor) of tunnels have been used. Optimal placement of non-level tunnels in various geological conditions should use probabilistic methods and reliability. In this paper, PLAXIS3D finite element software is used to study different states of non-level tunnels. Then, using the harmony search algorithm, two limit state functions are estimated separately for the safety factor and maximum ground surface subsidence. Then, using the two limit state functions obtained from the previous step and the first-order reliability methods and the Monte Carlo simulation in RT software, the best location for excavation of the second tunnel in relation to the previous (existing) tunnel is based on having the highest safety factor and lowest ground subsidence.
IntroductionDue to the complexity of the interaction between the tunnels and also due to the uncertainty in the design parameters, in this paper, using probabilistic analyzes such as the Monte Carlo simulation method and first-order reliability, the optimal stability and placement of non-level tunnels in RT probabilistic software was discussed. Because RT software requires a correct and accurate limit state function, the harmonic search algorithm in MATLAB was used to calculate the stability and also to achieve this limit state function.
Methodology and ApproachesIn this paper, using PLAXIS3D software, the tunnel was modeled in 32 different rock masses and the results are different in each of the 32 rock masses due to the inequality in the input parameters (safety factor and maximum settlement). To evaluate the reliability of the new tunnel excavation (existing sub-tunnel), 32 models which were analyzed by PLAXIS3D software were compared with the predicted model to achieve the lowest settlement rate and the highest safety factor by the harmony search algorithm. The comparison showed good consistency between the model predicted by the harmony search algorithm and the model performed by numerical methods. Therefore, due to the proximity of the performed model and the predicted model, the limit state function is accurate to obtain the probability of failure of the new tunnel.
Results and ConclusionsAccording to the results obtained in both Monte Carlo simulation methods and first-order reliability, the probability of failure (approximately 0.33%) and the high-reliability index are shown and the tunnel position is in very good condition. According to the analysis of tunnel random variables by RT software, it was found that the geological durability index is very important and effective. It should be noted that the results of this study show that the reliability methods used in the RT program to stabilize and locate the new tunnel under the existing tunnel can be used as a high-performance method in analyzing underground space problems.
Keywords: Harmony search algorithm, RT software, PLAXIS3D, First-order reliability methods, Non-level tunnels -
یکی از پیامدهای احتمالی وقوع زمین لرزه در زمین های اشباع، روان گرایی خاک و در نتیجه آن شکست و خرابی فونداسیون ساختمان ها، انواع زیرساخت ها، پل ها و بسیاری فجایع دیگر می باشد. در این تحقیق سعی شد به منظور ارزیابی پتاسیل روان گرایی خاک برروی 79 نمونه از پایگاه داده زلزله تنگشان کشور چین، چند مدل طبقه بندی هوشمند با کمک نرم افزار Orange ساخته شود. به همین منظور عملکرد 5 روش طبقه بندی هوشمند (رگرسیون لاجستیک، شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، ماشین بردار پشتیبان (SVM)، نزدیک ترین همسایگی(KNN) و جنگل تصادفی) براساس معیارهای مختلف با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داد روش های SVM، ANN و رگرسیون لاجستیک از توانایی بالایی برای پیش بینی کلاس روان گرایی خاک برخوردار هستند و در بین آنها روش رگرسیون لاجستیک با مقدار شاخص AUC (98/0) به عنوان بهترین روش انتخاب شد. علاوه بر این، بررسی تاثیرگذاری متغیرها بااستفاده از چهار معیار بهره اطلاعاتی، بهره اطلاعاتی نسبی، شاخص جینی و شاخص ReliefF بیانگر این است که متغیر مقاومت نوک مخروط در آزمایش نفوذ مخروطی موثرترین روش است و در اولویت اول قرار می گیرد. هم چنین متغیرهای نسبت تنش تناوبی و حداکثر شتاب افقی زلزله در سطح زمین ویژگی های مهمی به حساب می آیند.
کلید واژگان: زمین لرزه, روان گرایی, الگوریتم های طبقه بندی هوشمند, نرم افزار OrangeOne of the possible consequences of earthquakes in saturated areas is soil liquefaction and as a result the failure of foundations of buildings, types of infrastructure, bridges and many other disasters. In this study, in order to evaluate the potential of soil liquefaction on 79 samples from China Tangshan Earthquake Database, several intelligent classification models were constructed with the help of Orange software. Therefore, the performance of 5 intelligent classification methods (Logistic Regression, Artificial Neural Network (ANN), Support Vector Machine (SVM), K-fold Nearest Neighbor (KNN) and Random Forest) were compared based on different criteria. The results showed that SVM, ANN and Logistic Regression methods have a high ability to predict soil liquefaction class and among them the Logistic Regression method with AUC index (0.98) was selected as the best method. In addition, the study of the effectiveness of variables using three criteria of Information Gain, Information Gain Ratio and Gini Index, indicates that the variable measured CPT tip resistance is the most effective variable and is the first priority. The variables of cyclic stress ratio and peak acceleration at the ground surfaceare also important features.
Keywords: Earthquake, Liquefaction, intelligent classification algorithms, Orange software -
The surface settlement is an essential parameter in the operation of mechanized tunneling that should be determined before excavation. The surface settlement analysis caused by mechanized tunneling is a geo-technical problem characterized by various sources of uncertainty. Unlike the deterministic methods, the reliability analysis can take into account the uncertainties for the surface settlement assessment. In this work, the reliability analysis methods (second-order reliability method (SORM), Monte Carlo simulation (MCS), and first-order reliability method (FORM)) based on the genetic algorithm (GA) are utilized to build models for the reliability analysis of the surface settlement. Specifically, for large-scale projects, the limit state function (LSF) is non-linear and hard to apply based on the reliability methods. In order to resolve this problem, the GMDH (group method of data handling) neural network can estimate LSF without the need for additional assumptions about the function form. In this work, the GMDH neural network is adapted to obtain LSF. In the GMDH neural network, the tail void grouting pressure, groundwater level from tunnel invert, depth, average penetrate rate, distance from shaft, pitching angle, average face pressure, and percent tail void grout filling are used as the input parameters. At the same time, the surface settlement is the output parameter. The field data from the Bangkok subway is used in order to illustrate the capabilities of the proposed reliability methods.
Keywords: Surface settlement, Mechanized tunneling, Reliability methods, GMDH neural network, Genetic Algorithm -
در سال های اخیر و همزمان با توسعه و گسترش شهرها، افزایش جمعیت و وسایل نقلیه، ساخت خطوط ریلی زیرزمینی با روش تونل سازی مکانیزه رو به افزایش است. یکی از مشکلات رایج حفاری مکانیزه EPB-TBM در مناطق ضعیف و ناپایدار، همگرایی تونل است که موجب بروز مشکلاتی از قبیل گیرکردن سپر ماشین EPB-TBM، نشست سطح زمین و آسیب دیدن ساختمان های اطراف تونل در محیط های شهری می شود. به دلیل عدم قطعیت در مقادیر پارامترهای خاک منطقه، برآورد فشار سینه کار، فشار جک های تراست و گشتاور کله ی حفاری در کیلومتراژهای مختلف امری بسیار مهم برای جلوگیری از همگرایی بیش از حد تونل، گیر کردن سپر ماشین EPB-TBM و نشست سطح زمین است. به دلیل وجود عدم قطعیت در مقادیر پارامترهای سنگ و خاک، در این مقاله میزان فشار سینه کار، نیروی جک های تراست، گشتاور کله حفاری و میزان نشست سطح زمین ناشی از حفاری در کیلومتراژهای مختلفی در پروژه ساخت مترو فرودگاه جدید استانبول در ترکیه با استفاده از نرم افزار عددی PLAXIS3D2020 مدل سازی شده است. نتایج حاصل از مدلسازی نشان می دهد در خیلی از مواقع به منظور جلوگیری از گیر افتادن سپر ماشین می توان فشار سینه کار توسط اپراتور را افزایش داد؛ همچنین علاوه بر فشار سینه کار می توان با اضافه کردن سیلندرها بین انتهای سپر و آخرین حلقه پوشش سگمنتی، باعث عبور ماشین حفاری از منطقه ریزشی شد. مطابق با نتایج بدست آمده در این مقاله، تنظیم فشار سینه کار، نیروی جک های تراست و گشتاور کله حفاری علاوه بر حل مشکل گیر افتادن سپر ماشین حفاری، سبب کاهش نشست سطح زمین و آسیب به سازه ها روی سطح زمین خواهد شد.
کلید واژگان: مدلسازی عددی, نشست سطح زمین, فشار سینه کار, نیروی جک های تراست, گشتاور کله حفاری, گیر افتادن EPB-TBMIn recent years, along with the development and expansion of cities, population growth and vehicles, the construction of underground railways by mechanized tunneling is increasing. One of the common problems of EPB-TBM mechanized tunneling in weak and unstable areas is tunnel convergence, which causes problems such as getting stuck on EPB-TBM, subsidence and damage to buildings around the tunnel in urban areas. Due to the uncertainty in the soil parameters of the region, estimating the face pressure, thrust jacks pressure and cutter head torque at different kilometers is very important to prevent over-convergence of the tunnel, getting stuck on EPB-TBM and ground subsidence. Due to the uncertainty in rock and soil, in this paper the amount of face pressure, thrust jacks force, cutter head torque and ground subsidence due to tunneling in different kilometers in the construction project of the new Istanbul airport in Turkey using numerical software, PLAXIS3D 2020, is modeled. The modeling results show that the operator can increase the face pressure by preventing getting stuck on EPB-TBM. According to the results obtained in this paper, adjusting the face pressure, thrust jacks force and cutter head torque, in addition to solving the problem of getting stuck on EPB-TBM, will reduce ground subsidence and damage structures on the ground surface.
Keywords: Numerical Modeling, Ground Surface Subsidence, Face pressure, Trust force, Cutter head torque, getting stuck on EPB-TBM -
پارامتر مقاومت فشاری تک محوره یک پارامتر مهم و کلیدی در مهندسی ژیومکانیک است که در طبقه بندی مهندسی سنگ، بررسی معیارهای شکست سنگ و در مرحله طراحی بسیاری از پروژه های عمرانی و معدنی کاربرد دارد. در بسیاری از موارد به دلیل عدم دسترسی به مغزه های باکیفیت، تعیین این پارامترها در آزمایشگاه با سختی های زیادی همراه است و اغلب این پارامتر به صورت غیرمستقیم از روابط رگرسیونی تخمین زده می شود که این روابط از دقت بالایی برخوردار نیستند. هدف از این تحقیق، استفاده از الگوریتم های جدید فراابتکاری گرگ خاکستری (GWO) و الگوریتم مگس میوه (FFOA) به منظور تخمین غیرمستقیم مقاومت فشاری تک محوره می باشد. برای رسیدن به این هدف، از داده های 124 نمونه سنگ گرانیت از پروژه تونل انتقال آب شیرین ایالت سلانگور در مالزی استفاده شده است. در انتها برای ارزیابی و اعتبارسنجی مدل های به دست آمده توسط الگوریتم های فراابتکاری از شاخص های آماری مختلفی استفاده شده است. باتوجه به نتایج به دست آمده در این مقاله و هم چنین اعتبارسنجی مدل ها، مقادیر پیش بینی شده مقاومت فشاری تک محوره توسط الگوریتم های جدید فراابتکاری مذکور با مقادیر واقعی منطقه بسیار نزدیک است که نشان دهنده خطای کم مدل های به دست آمده می باشد. به علاوه در این مقاله آنالیز حساسیت برروی پارامترهای موثر در تخمین مقاومت فشاری تک محوره نیز انجام شد که نتایج بررسی ها نشان داد مقادیر برگشتی چکش اشمیت (Rn)، در میان سایر پارامترهای ورودی، بیشترین تاثیر را برروی مقاومت فشاری تک محوره دارد.
کلید واژگان: سنگ گرانیت, مقاومت فشاری تکمحوره, تخمین غیرمستقیم, الگوریتم مگس میوه, الگوریتم گرگ خاکستریThe uniaxial compressive strength parameter is an important and key parameter in geomechanical engineering that is used in rock engineering classification, study of rock fracture criteria and in the design stage of many construction and mining projects. In many cases, due to the lack of access to quality cores, determining these parameters in the laboratory is associated with many difficulties, and often this parameter is indirectly estimated from regression relationships that these relationships are not very accurate. The aim of this study is to use the new meta-heuristic algorithms of gray wolf (GWO) and fruit fly algorithm (FFOA) to indirectly estimate uniaxial compressive strength. To achieve this goal, data from 124 granite rock samples from the Selangor freshwater transfer tunnel project in Malaysia, have been used. Finally, to evaluate and validate the models obtained by intelligent algorithms, the indices of statistical are used. According to the results obtained in this paper as well as the validation of the models, the predicted values of uniaxial compressive strength are very close to the real values of the region, indicating the low error of the models in indirect estimation. In addition, in this paper, sensitivity analysis was performed on the effective parameters in estimating uniaxial compressive strength. The results showed that the return values of Schmidt hammer (Rn), among other input parameters, have the greatest effect on uniaxial compressive strength.
Keywords: Granite rock, uniaxial compressive strength, Indirect estimation, FFOA, GWO -
انفجار سنگ در حفریات زیرزمینی عمیق پدیده ای است که به صورت شکست ناگهانی سنگ و آزاد سازی انرژی کرنشی ذخیره شده در معادن زیرزمینی و تونل های سنگی، معمولا در نقاط پر تنش و با عمق زیاد نسبت به سطح زمین، مشاهده می شود. بر اثر این شکست انفجاری، سنگ به صورت قطعات کوچک و بزرگ به اطراف پرتاب شده و در اثر برخورد به انسان و یا تجهیزات باعث آسیب آن ها می شود. در تحقیق حاضر به بررسی پدیده ترکیدن خودبخودی سنگ با استفاده از روش های هوشمند و مقایسه ی نتایج آن ها با سه روش تجربی (معیار تنش مماسی، معیار تردی و شاخص انرژی الاستیک) پرداخته می شود. در این مقاله از روش های هوشمند ماشین بردار پشتیبان (SVM)، نزدیک ترین همسایگی (KNN)، شبکه های بیزین (BNs)، شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و مدل درختی CHAID در نرم افزار قدرتمند WEKA استفاده شده است. برای ارزیابی دقت مدلسازی از شاخص های مختلف آماری استفاده شد که نهایتا نتایج بدست آمده نشان از برتری روش های هوشمند نسبت به روش های تجربی دارد. در میان روش های هوشمند بکار گرفته شده، مدل ماشین بردار پشتیبان با دقت 8/80 درصد از توانایی بالایی در ارزیابی پدیده ترکیدن خودبخودی سنگ برخوردار است.
کلید واژگان: پدیده ترکیدن خودبخودی سنگ, حفریات زیرزمینی عمیق, روش های هوشمند, ماشین بردار پشتیبان, نرم افزار WEKARockburst in deep underground excavations is a phenomenon that is observed in the form of sudden rock failure and release of strain energy stored in underground mines and rock tunnels, usually in stressful places and at a depth greater than the earth's surface. Due to this explosive failure, rock in pieces Small and large are scattered around and cause damage to humans or equipment. In the present study, the potential of rockburst using data mining techniques and comparing their results with three experimental methods, tangential stress criterion (SC), brittleness criterion (BC) and elastic energy index (EEI) are investigated. For this purpose, data mining models such as support vector machine (SVM), k-nearest neighbor (KNN), Bayesian networks (BNs), artificial neural network (ANN) and CHAID tree model have been used in WEKA software. The results show the superiority of data mining algorithms over experimental methods. Among data mining algorithms, the support vector machine model had the highest accuracy with 80.8% accuracy. However, measuring the accuracy of the models by RMSE method considers the artificial neural network model with the value of RMSE = 0.337 as the best model. In addition, among the experimental methods, the elastic energy index method with an accuracy of 60.7 is the best method.
Keywords: Rockburst Potential, Deep underground excavations, Artificial intelligence methods, Support Vector Machine, WEKA software -
سنگ افت یکی از انواع ناپایداری دامنه ای است که در اکثر مناطق کوهستانی رخ می دهد و موجب صدمات جانی و خسارات سنگین به تاسیسات، مناطق مسکونی، جاده ها، مزارع و وسایل نقلیه می شود. بنابراین برای جلوگیری از صدمات مالی- جانی، پیش بینی و مدل کردن پدیده ی سنگ افت در دیواره های پرشیب برای انجام اقدامات پیش گیرانه ضروری می باشد. در این راستا در مقاله ی حاضر، به منظور ارزیابی خطر سنگ افت ابتدا بااستفاده از نرم افزار Rocfall مسیر حرکت سقوط سنگی بلوک های جدا شده به صورت منفرد و جدا از هم در بحرانی ترین مقطع از ارتفاعات شمال باختری شهر شاهرود مورد تحلیل قرار گرفت. سپس به منظور درنظر گرفتن فعل و انفعالات بین ذرات در مسیر حرکت، شکل، اندازه و وزن قطعات از روش المان مجزای PFC3D استفاده شد. با تحلیل نتایج حاصل از شبیه سازی به کمک دو نرم افزار مذکور، این نتیجه حاصل شد که اگر سنگ افت اتفاق بیافتد، تعداد زیادی از قطعات در محدوده ی جاده ها و مناطق مسکونی توقف دارند که این توقف ها راه بندان در جاده و خطرات مالی- جانی را در پی خواهد داشت. به عبارتی دیگر باتوجه به این که بیشترین فاصله ی افقی طی شده توسط قطعات 393 متر و فاصله ی افقی مناطق مسکونی 340 متری می باشد، لذا احتمال حادثه در اثر سنگ افت بسیار بالا است. در ادامه ی پیشنهاداتی از جمله نصب توری های فلزی، ضربه گیرها، کاهش انرژی جنبشی در قطعات، تغییر در ابعاد قطعات، ایجاد تغییر در هندسه ی شیب جهت کاهش خطر و خسارات ناشی از سنگ افت در مقطع موردنظر ارایه شده است.
کلید واژگان: سنگ افت, روش توده ای- کلوخه ای, نرم افزار Rocfall, روش المان مجزا, نرم افزار PFC3DRock fall is a type of slope instability that occurs in most mountainous areas and causes casualties and severe damage to facilities, residential areas, roads, farms and vehicles. Therefore, to prevent financial damage, it is necessary to predict and model the phenomenon of rock fall in steep walls to take preventive measures. In this paper, in order to assess the risk of falling rocks, first using Rocfall software, the path of rock fall of isolated blocks was analyzed individually and separately in the most critical section of the northwestern heights of Shahrood. In order to consider the interactions between particles in the path, shape, size and weight of the parts, the distinct element method PFC3D was used. Analyzing the simulation results with the help of these two softwares, it was concluded that if the rock falls, a large number of parts will stop in the area of roads and residential areas, which will result in traffic jams and financial-human risks. In other words, considering that the maximum horizontal distance traveled by the plots is 393 meters and the horizontal distance between residential areas is 340 meters, so the probability of an accident due to falling rocks is very high. In the following, suggestions such as installation of metal grids, shock absorbers, reduction of kinetic energy in the parts, change in the dimensions of the parts, change of the slope geometry to reduce the risk and damage caused by falling rock in the desired section are presented.
Keywords: Rock fall, Rocfall software, PFC3D software, Mass-lump method, Distinct element method -
The mechanical characteristics of rocks and rock masses are considered as the determining factors in making plans in the mining and civil engineering projects. Two factors that determine how rocks responds in varying stress conditions are P-wave velocity (PWV) and its isotropic properties. Therefore, achieving a high-accurate method to estimate PWV is a very important task. This work investigates the use of different intelligent models such as multivariate adaptive regression splines (MARS), classification and regression tree (CART), group method of data handling (GMDH), and gene expression programming (GEP) for the prediction of PWV. The proposed models are then evaluated using several error statistics, i.e. squared correlation coefficient (R2) and root mean squared error (RMSE). The values of R2 obtained from the CART, MARS, GMDH, and GEP models are 0.983, 0.999, 0.995, and 0.998, respectively. Furthermore, the CART, MARS, GMDH, and GEP models predict PWV with the RMSE values of 0.037, 0.007, 0.023, and 0.020, respectively. According to the aforementioned amounts, the models presented in this work predict PWV with a good performance. Nevertheless, the results obtained reveal that the MARS model yields a better prediction in comparison to the GEP, GMDH, and CART models. Accordingly, MARS can be offered as an accurate model for predicting the aims in other rock mechanics and geotechnical fields.
Keywords: P-wave velocity, Artificial intelligence, Prediction models, Multivariate adaptive regression splines -
یکی از مهمترین مسایل در طراحی سدهای خاکی که در مواردی احداث سد را در یک منطقه غیر قابل توجیه می نماید، مقدار فرار آب از مخزن سد از طریق پی و بدنه است. لذا محاسبه دقیق مقدار دبی نشت از بدنه و پی سد از جهات فنی و اقتصادی حایز اهمیت فراوانی است. آنالیز نشت در طراحی یک سد خاکی از لحاظ ایمنی سد نیز مهم می باشد زیرا جریان آب در بدنه و پی سد باعث بوجود آمدن فشار حفره ای و نیروهای تراوشی می شود، که اگر مقدار این نیروها در حد مجاز نباشد، پایداری مصالح بدنه و پی سد دچار مشکلات عمده ای از قبیل رگاب و آب شستگی خواهد شد، که در نتیجه به خرابی سد خواهد انجامید. لذا به منظور جلوگیری از خرابی های حاصل از زه آب، مقدار جریان زه در بدنه و شالوده سد خاکی تعیین شود. در این مقاله به منظور آنالیز نشت در سد خاکی رودبار لرستان (مطالعه موردی) از مدلسازی عددی در نرم افزار Slideاستفاده شده است. نتایج حاصل از مدلسازی عددی و محاسبات زه آب عبوری از مقطع عرضی پی و بدنه سد رودبار لرستان نشان می دهد که به طور سالیانه برابر با 629584 متر مکعب برآورد می شود که معادل 27/0 درصد حجم آب سد (1724 متر مکعب در روز: سهم بدنه سد 98 درصد و سهم پی سنگی 2 درصد) می باشد که با توجه به جنس مصالح هسته قابل قبول ارزیابی می شود. همچنین مدلسازی انجام شده نشان می دهد سد خاکی رودبار لرستان دارای ضریب ایمنی بسیار بالایی در برابر پدیده رگاب است.
کلید واژگان: آنالیز نشت, نرم افزار Slide, سد خاکی رودبار لرستان, مدلسازی عددیDams are mainly constructed of earth and rock-fill materials and hence they are generally referred to as embankment dams orfill-type dams. The role of drainage system is also vital as it shifts the phreatic surface ensuring the safety of downstreamtoe. This paper presents the results of seepage analyses of the considered earth dam using finite element method. Slide software is one of geotechnical program that is based on the finite element and canconsider analysis like stress-strain, seepage, slope stability, dynamic analysis and also fast water drop inreservoir. In this research seepage analysis in Roudbar Lorestan dam has been done by Slide software. In orderto evaluate the type and size of mesh size on the total flow rate and total head through the dam cross section,four mesh size such as coarse, medium, fine and unstructured mesh is considered. Result showed that averageflow rate of leakage under the different mesh size for Roudbar Lorestan dam equal 629584 m3 per year for the entire lengthof the dam.
Keywords: Seepage analysis, Earth Dam, Slide software, Roudbar Lorestan dam, Numerical modeling -
تجزیه و تحلیل احتمالاتی پایداری شیروانی ابزاری برای در نظر گرفتن عدم قطعیت پارامترهای خاک در طراحی است. در این مقاله با استفاده از نرم افزار Slide ، از شبیه سازی مونت کارلو به عنوان روشی تحلیلی برای تهیه مدل های احتمالاتی پایداری شیروانی بر مبنای روش های تعادل حدی استفاده شده است. روش های تعادل حدی به عنوان روش های رابج در تحلیل پایداری شیروانی می باشند که با استفاده از نیرو های برشی در سطح لغزش تحلیل را انجام می دهند. در این تحقیق پارامترهایی که در مدلسازی احتمالاتی دارای عدم قطعیت هستند عبارتند از زاویه اصطکاک داخلی، چسبندگی و وزن مخصوص خاک که در مدلسازی به صورت تابع توزیع نرمال در نظر گرفته شده اند. در این تحقیق، برای نشان دادن قابلیت مدل های ارایه شده از داده های میدانی به دست آمده از سد رودبار لرستان (به عنوان مطالعه موردی) در ایران استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که ترکیب روش های شبیه سازی مونت کارلو و روش های تعادل حدی برای ارزیابی پایداری شیروانی ها بطور موفقیت آمیزی قابل استفاده است.
کلید واژگان: قابلیت اعتماد, سد خاکی, پایداری شیروانی, شبیه سازی مونت کارلو, روش های تعادل حدیProbabilistic slope stability analysis provides a tool for considering uncertainty of the soil parameters in design. In this paper, using Slide software, the Monte Carlo simulation is used as an analytical method to develop probabilistic models of slope stability based on equilibrium methods. The limit equilibrium methods are the most popular approaches in slope stability analysis. These methods are well known to be a statically indeterminate problem, and assumptions on the inter-slice shear forces are required to render the problem statically determinate. In modeling using this methodology, the selected stochastic parameters are internal friction angle, cohesion and unit weight of soil, which are modeled using a truncated normal probability density function (pdf). In this research, the abilities offered using models were presented by using field data obtained from Roudbar Lorestan dam in Iran. The results obtained show that the hybrid Monte Carlo simulation and equilibrium methods can be used successfully for slopes stability assessment.
Keywords: reliability analysis, Earth Dam, slope stability, Monte Carlo simulation, limit equilibrium methods -
بررسی نشست در پی های سطحی با برعهده داشتن وظیفه ی انتقال نیروهای سازه به زمین، یکی از عوامل مهم در طراحی سازه ها می باشد. پارامترهای خاک به دلیل ماهیت غیرهمگن آن، دارای عدم قطعیت های زیادی هستند که صرف نظر کردن از آن ها در تخمین میزان نشست، ایراداتی را در تحلیل پایداری سازه وارد می کند. ازاین رو، امروزه استفاده از روش های قابلیت اعتماد با توانایی پذیرفتن عدم قطعیت ها و تحلیل پایداری مورد اطمینان مسایل ژیوتکنیکی، مورد استقبال قرار گرفته اند. در این تحقیق به منظور تخمین احتمال شکست ناشی از نشست آنی یک شالوده ی مستطیلی سطحی، از روش های مرتبه اول و مرتبه دوم قابلیت اعتماد و هم چنین شبیه سازی مونت کارلو کمک گرفته شد و تحلیل های مربوط به آن در نرم افزارهای RT و @Risk انجام شد. نتایج به دست آمده، حاکی از بالا بودن احتمال شکست مربوط به نشست شالوده (5/9٪) است. روش های مرتبه دوم و شبیه سازی مونت کارلو به دلیل خطی نبودن رویه ی حالت حدی، نتایج دقیق تری را ارایه می دهند. به علاوه تحلیل حساسیت متغیرهای تصادفی براساس بردارهای اهمیت نشان داد که بار وارد شده بر شالوده نقش مهمی در احتمال شکست دارد و پس از آن ضریب پواسون متغیرتصادفی بااهمیتی است.کلید واژگان: احتمال شکست, نرم افزار RT, نرم افزار @Risk, نشست پی های سطحیStudy of immediate settlement of a rectangular foundation with the task of transferring structural forces to the ground, is one of the important factors in the design of structures. Due to its heterogeneous and anisotropicnature, soil parameters have highuncertainties, the omission of which in estimating the settlement of foundation, creates challenges in the analysis of structural stability. Therefore, the use of reliability methods with the ability to accept uncertainties and reliable stability analysis of geotechnical issues are welcomed today. In this study, in order to estimate the probability of failure due to settlement of rectangular foundation, first-order and second-order reliability methods as well as Monte Carlo simulations were used and the relevant analysis were performed in RT and @Risk software.The results indicate a high probability of failure related to the foundation settlement (9.5%). The second-order methods and Monte Carlo simulations provide more accurate results due to the non-linearity of the limit state procedure. In addition, the sensitivity analysis of random variables based on sensitivity vectors showed that thecontact stress (qo), has an important role in the probability of failure, and then the Poisson’s ratio is important.Keywords: Probability of failure, RT software @, Risk software, Surface foundations meeting
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.