دانشکده فنی

(پایان نامه کارشناسی ارشد)

عنوان:

تخمین ضرایب آزمایش تحکیم در لایه‌های آبرفتی با بهره گیری از مدلسازی با Anfis  و شبکه‌های عصبی

استاد راهنما:

دکتر عباس مهدویان

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
فهرست مطالب:
فصل اول: کلیات……………………………… 1
1- مقدمه…………………………….. 2
1-1- تعریف مساله و هدف از پژوهش…………………….. 2
1-2- پدیده تحکیم……………………………… 2
1-3- منطق فازی……………………………… 3
فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته…………………………….. 6
2-1- مقدمه…………………………….. 7
2-2- شناسایی پارامترهای موثر در نشست تحکیمی خاک……………… 7
2-3- مروری بر تاریخچه تحقیقاتی نظریه مجموعه‌های فازی و زمینه‌های آن در مهندسی عمران………9
2-3-1- اولین زمینه‌های فکری……………………………… 9
2-3-2- دهه 60: ظهور فازی……………………………… 9
2-3-3- دهه 70: تثبیت مفاهیم بنیادی و ظهور اولین کاربردها………….. 10
2-3-4- دهه 90 و سالهای آغازین قرن 21: چالشها کماکان باقیست…….. 11
2-3-4- فازی در ایران…………………………….11
2-3-5- نظریه فازی در مهندسی عمران…………………………….. 12
فصل سوم: تحکیم……………………………… 13
3- 1 مقدمه…………………………….. 14
3-2 اصول پایه تحکیم……………………………… 14
3-2-1 مفاهیم کلی تحکیم یک بعدی……………………………… 14
3-2-2 نظریه تحکیم یک بعدی……………………………… 15
3-2-2-1 محاسبه نشست تحکیم یک بعدی……………………………. 16
3-2-2-2 حل معادله تحکیم……………………………… 18
3-2-2-3 آزمایش تحکیم……………………………… 19
3-2-2-3-1 آزمایش تحکیم با سرعت تغییر شکل نسبی ثابت…………… 20
3-2-2-3-2 آزمایش تحکیم با شیب ثابت………………………………. 21
3-2-2-4 خصوصیات تراکم پذیری……………………………… 23
3-2-2-4-1 اندازه گیری غیر مستقیم شاخص تراکم…………………….. 24
3-2-3 نشست تحکیم……………………………… 25
3-2-4 درجه تحکیم……………………………… 26
3-2-5 محاسبه ضریب تحکیم با بهره گیری از نتایج آزمونها آزمایشگاهی……. 27
3-2-5-1 روش لگاریتم زمان…………………………….. 27
3-2-5-2 روش ریشه دوم زمان…………………………….. 28
3-2-5-3 روش شیب بیشینه سو…………………………….. 29
3-2-5-4 روش محاسباتی سیوارام و سوامیذ.. 30
3-2-6 تاثیر دست خوردگی نمونه بر روی منحنی……………………………. 30
3-2-7 تحکیم ثانویه…………………………….. 31
3-2-7-1 تاثیر تحکیم ثانویه بر روی فشار پیش تحکیمی………………… 33
3-2-8 تحکیم به کمک زهکش‌های ماسه‌ای……………………………… 34
فصل چهارم: منطق فازی و کاربرد آن در مهندسی عمران…………….. 37
4-1- مقدمه…………………………….. 38
4-2- مجموعه‌های فازی……………………………… 40
4-2-1- تعاریف و مفاهیم اولیه مجموعه‌های فازی…………………………. 40
4-2-2- چند مفهوم مقدماتی……………………………… 41
4-2-3- نماد گذاری……………………………… 41
4-2-4- عملگرهای مجموعه ای……………………………… 41
4-3- اصل توسعه و روابط فازی……………………………… 45
4-3-1- اصل توسعه…………………………….. 45
4-3-2- حاصل ضرب کارتزین فازی…………………………….. 46
4-3-3- اصل توسعه بر روی فضای حاصل ضرب کارتزین…………… 46
4-3-4- ارتباط فازی……………………………… 47
4-3-5- ترکیب روابط فازی……………………………… 47
4-3-6- اعدادی فازی……………………………… 47
4-3-7- اعداد فازی L-R………………………………
4-4- منطق فازی……………………………… 50
4-4-1- استدلال فازی……………………………… 50
4-4-2- متغیرهای زبانی……………………………… 50
4-4-3- قیود زبانی……………………………… 51
4-4-4- قواعد اگر- آنگاه…………………………….. 52
4-4-5- گزاره فازی……………………………… 52
4-4-6- شیوه استدلال فازی…………………………….. 53
4-4-7- روش ممدانی……………………………… 55
4-4-8 روش استدلال فازی با بهره گیری از توابع خطی………………. 59
4-4-9- استدلال فازی ساده شده…………………………….. 62
4-5- کاربردهای فازی در مهندسی عمران…………………………….62
4-5-1- سیستم‌های فازی……………………………… 62
4-5-2- پایگاه قواعد…………………………….. 63
4-6-3- ویژگی‌های مجموعه قواعد…………………………….. 64
4-5-4- موتور استنتاج فازی……………………………… 64
4-5-5- فازی ساز…………………………….. 65
4-5-6- غیر فازی ساز……………………………. 66
4-5-7- کنترل فازی……………………………… 67
فصل پنجم: آشنایی با مفاهیم شبکه عصبی………………… 69
5-1 سلول عصبی مصنوعی……………………………… 70
5-2 توابع تحریک……………………………….. 70
5-3 شبکه‌های عصبی چند لایه…………………………….. 72
5-4 شبکه‌های بازگشتی…………………………….. 73
5-5 آموزش شبکه…………………………….. 74
5-6 هدف از آموزش شبکه…………………………….. 74
5-7 آموزش نظارت شده…………………………….. 74
5-8 آموزش غیر نظارت شده…………………………….. 75
5-9 روش‌های تربیت و آموزش آماری…………………………….. 76
5-10 خودسازمانی……………………………… 77
5-11 الگوریتم انتشار برگشتی……………………………… 78
5-12 ساختار شبکه در الگوریتم انتشار برگشتی………………………. 79
5-13 نظری کلی بر آموزش شبکه…………………………….. 80
5-14 تشخیص تصویر…………………………….. 80
5-15 حرکت به پیش……………………………….. 82
5-16 برگشت به عقب ـ تنظیم وزن‌های لایه خروجی……………….. 82
5-17 تنظیم وزن‌های لایه پنهان…………………………….. 83
5-18 سلول عصبی بایاس در شبکه…………………………….. 84
5-19 اندازه حرکت………………………………. 84
5-20 الگوریتم‌های پیشرفته…………………………….. 85
5-21 کاربردها و اخطارهای انتشار برگشتی…………………………… 86
5-22 اندازه گام…………………………….. 87
5-23 ناپایداری موقتی……………………………… 87
5-24 مبنای ریاضی الگوریتم انتشار برگشتی……………………………… 87
5-26 چگونگی ارائه زوج‌های آموزشی به شبکه…………………………….. 91
5-27 سنجش اندازه یادگیری و عملکرد شبکه…………………………….. 91
5-28 جذر میانگین مربع خطاها……………………………. 92
5-29 بهره گیری از دستورات MATLAB………………………………
فصل ششم: برآورد ضریب فشردگی تحکیم به وسیله پارامترهای فیزیکی خاک…….95
6-1- مقدمه…………………………….. 96
6-2- شناسایی پارامترهای موثر در نشست تحکیمی خاک…………… 97
6-3 بانک اطلاعات مورد بهره گیری…………………………….. 98
6-4 تحلیل اطلاعات با بهره گیری از روش برازش خطی…………… 99
6-5- نتیجه گیری……………………………… 102
فصل هفتم: مدل سازی ضریب فشردگی با بهره گیری از شبکه‌های عصبی-فازی (ANFIS)……..104
7-1 آشنایی با مدلسازی توسط ANFIS………………………………
7-2 مدلسازی ضریب فشردگی با بهره گیری از شبکه عصبی-فازی (ANFIS)……. 107
7-3 چگونگی مدلسازی وتحلیل مدل و مطالعه نتایج……………………………… 109
فصل هشتم: نتیجه گیری، پیشنهادات، محدودیت‌ها……………………………. 120
8-1  نتیجه گیری……………………………… 121
8-2-  محدودیت ها…………………………….121
8-3- پیشنهاد برای ادامه مطالعه……………………………. 122
Reference……………………………..
چکیده:
نشست تحکیمی یکی از ملاحظات مهم طراحی در پروژه‌های عمرانی همچونه سازه ها، راهها و راه آهن می باشد. این پدیده بوسیله آزمایش تحکیم تعیین می گردد. آزمایش تحکیم یک آزمایش نسبتا وقت گیر و پر هزینه می باشد که بایستی با دقت کافی انجام گردد. در بسیاری از پروژه ها به خصوص در پروژه‌های خطی مانند راهها و راه آهن عدم انجام آزمایش تحکیم به تعداد و با دقت کافی ممکن می باشد سبب وارد آمدن خسارات قابل توجهی گردد. با در نظر داشتن زمان نسبتا زیاد آزمایش تحکیم، تخمین نشست تحکیمی بر مبنای پارامترهای موثری که با انجام آزمایشات ساده و کم هزینه و با دقت کافی قابل تعیین باشند، همواره مورد توجه بسیاری از کارشناسان و محققین ژئوتکنیک و راه سازی بوده می باشد.
در این پژوهش با بهره گیری از مجموعه‌ای از داده‌های آزمایشگاهی بدست آمده از چهارده طرح بزرگ ایران و به کمک روش برازش خطی گام به گام ارتباط‌ای برای تخمین اندازه نشست تحکیمی خاک بر اساس پارامترهای موثر وابسته ارائه شده می باشد و با بهره گیری از مجموعه‌ای از داده‌های آزمایشگاهی نتایج این ارتباط با نتایچ آزمایشگاهی و روابط ارائه شده توسط محققین دیگر مقایسه شده می باشد و از  روش‌های Anfis و Neural Network جهت مدل سازی بهره گیری گردید. بر اساس نتایج آزمایشگاهی مدل ارائه شده نسبت به روابط قبلی از خطای کمتری برخوردار بوده و تطابق بهتری با نتایج واقعی دارد.
فصل اول: کلیات
1- مقدمه
1-1- تعریف مساله و هدف از پژوهش
راه حل مستقیم برای تعیین پارامترهای نشست تحکیمی خاک، بهره گیری از آزمایش تحکیم می باشد. مطابق استاندارد انجام آزمایش تحکیم نیاز به صرف حدود یک هفته وقت دارد. دشواری انجام آزمایش تحکیم و بالاخص زمان طولانی و هزینه بالای آن سبب بروز محدودیت‌های فراوان در کیفیت و کمیت آزمایش به ویژه در پروژه‌های حجیم و وقت گیر شده می باشد. در اکثر این پروژه ها به مقصود جلو گیری از نیاز به زمان طولانی و همچنین کاهش هزینه‌های انجام مطالعات ژئوتکنیک اغلب تعداد آزمایش ها کاهش داده می گردد و در نتیجه اطلاعات پیوسته و جامع از خاکها بخصوص در مورد هایی که تنوع لایه بندی زیاد می باشد، بدست نمی‌آید. این امر سبب می گردد طراحان بدون داشتن اطلاعات کافی، اقدام به ساده سازی پارامترهای طراحی می‌نمایند که معمولا به صورت دست بالا می باشد و از جهت دیگر سبب افزایش هزینه‌های اجرا می گردد. بنابراین نیاز می باشد معیارهایی مشخص گردند تا بتوان از طریق آنها به دانشی جامع و با خطای قابل قبول پارامترهای تحکیم را تخمین زد. این کار علاوه بر اینکه سبب کاهش حجم آزمایشات و صرفه جویی در زمان و هزینه می گردد از طرف دیگر می‌تواند اطلاعات پیوسته‌ای از ساختگاه مورد نظر را فراهم سازد و دانش طراحان را به اندازه قابل توجهی بهبود بخشد. با در نظر داشتن این موردها محققین مختلفی کوشش کردند تا با بهره گیری از داده‌های آزمایشگاهی فرمول‌های تجربی جهت تعیین پارامترهای تحکیم خاک ارائه دهند. بدین طریق می‌توان بدون انجام آزمایش تحکیم اقدام به تخمین نتایج حاصل از آن نمود. در این پژوهش پس از مطالعه روابط ارائه شده توسط سایر محققین جهت تخمین نشست تحکیمی، با بهره گیری از اطلاعات تفصیلی بدست آمده از چهارده پروژه بزرگ ایران و با بهره گیری از شبکه‌های عصبی- فازی (ANFIS) مدلی با دقت بالا جهت تعیین نشست تحکیمی خاک ارائه می گردد.
2-1- پدیده تحکیم
فشردگی یا تراکم خاک در اثر تاثیر سربار (وزن سازه) باعث نشست سازه واقع بر روی آن می گردد که به این پدیده نشست خاک می‌گویند. که در حالت کلی نشست خاک به دو گروه زیر تقسیم می شوند:
الف) نشست آنی (Immediate Settlement) که ناشی از تغییر شکل الاستیک خاک خشک و یا خاکهای مرطوب و اشباع بدون تغییری در اندازه آب می‌باشد و در تمام خاکها مورد توجه می باشد.
ب) نشست تحکیمی (Consolidation Settlement) که ناشی از تغییر حجم خاک اشباع به علت رانده شدن آبهای موجود در حفرات می باشد و در خاکهای ریز دانه مانند رس مورد توجه قرار می‌گیرد.
وقتی خاک اشباع تحت بارگذاری قرار می‌گیرد، در آغاز تمام بار گذاری توسط آب حفره‌ای تحمل می گردد و به آن افزایش فشار آب حفره‌ای می‌گویند. در صورتی که زهکشی انجام گردد، به مزور زمان حجم خاک کاهش می‌یابد که به آن تحکیم گفته می گردد و باعث نشست می گردد. از طرفی ممکن می باشد خاک در اثر جذب آب حفره‌ای یا فشار آب حفره‌ای منفی افزایش حجم دهد که به آن تورم می‌گویند.
نرخ تغییر حجم تحت بار گذاری به نفوذ پذیری نمونه بستگی دارد، از این رو آزمایش تحکیم معمولا در خاک‌های با نفوذ پذیری کم (مانند رس) انجام می‌گیرد. هدف از انجام آزمایش تحکیم، تعیین پارامترهای موثر در پیش بینی شدت نشست و اندازه آن در سازه‌های متکی بر خاک‌های رسی می باشد. آزمایش تحکیم در واقع آزمایش جهت بر آورد پارامترهای تحکیم یک بعدی ترزاقی می باشد که از حل همزمان دو معادله تعادل و پیوستگی به صورت تک بعدی حاصل شده می باشد.
نمونه گیری از خاک با حفظ شرایط واقعی کار بسیار مشکلی می باشد. تفاوت قابل توجه در اندازه رطوبت، حد روانی و شاخص پلاستیسیته و فشار همه جانبه نمونه‌های تهیه شده از اعماق مختلف و حتی از یک عمق خاص، بیانگر تفاوت و رفتار در نمونه‌های تهیه شده از یک نوع خاک می گردد و این مسئله علاوه بر افزایش هزینه انجام آزمایشات سبب پیچیدگی و وارد کردن قضاوت مهندسی در پروژه‌های مهندسی ژئوتکنیک می گردد. داده‌های آزمایشگاهی زیادی موجود هستند که در پروژه‌های معینی به کار رفته و عملا بعد از مدتی فراموش شده اند. این اطلاعات قدیمی می‌توانند بعنوان یک بانک اطلاعاتی مفید در ارزیابی پارامترهای ژئوتکنیکی بکار گرفته شوند[1].
3-1- منطق فازی
در دهه 1960، پروفسور لطفی زاده در دانشگاه برکلی کالیفرنیا، مقاله‌ای را با این مضمون که ابهامات یک وضعیت نامعلوم اما متفاوت از پدیده‌های تصادفی هستند، ارائه داد. برای مثال نمی‌توان مردم را به دو گروه خوب و بد تقسیم نمود. یا دسته بندی پارامترهایی زیرا دما، فشار، اندازه و… در دو گروه صفر و یک ممکن نیست. برای توصیف چنین پارامتنرهایی درجه‌ای به آنها تعلق می‌گیرد که این درجه ها بر اساس چندین فاکتور مانند موقعیت، آزمایش و .. می باشد. این ایده اساس مجموعه‌های فازی نسبت به منطق کلاسیک می باشد. در مجموعه کلاسیک یک شئ به مجموعه تعلق دارد یا ندارد اما در مجموعه فازی درجه‌هایی از تعلق به یک مجموعه معرفی می شوند. یک مجموعه فازی تابع تعلقی دارد که در درجه‌های مختلفی از تعلق برای عناصر مشخص در آن تعریف می گردد. تابع تعلق به صورت مقادیر گسسته یا به وسیله منحنی‌هایی تعریف می گردد. روشهای متعددی برای توصیف یک مجموعه فازی موجود دارد [2].
پروسه فازی سازی (fuzzification) مجموعه‌ای کلاسیک را به یک مجموعه تقریب زننده که فازی می باشد تبدیل می کند [3]. از آنجاییکه هر عضو و درجه تعلق آن مستقل از عضو دیگر و درجه تعلق مربوط به آن می باشد، پروسه خطی می باشد و اصل جمع آثار در آن صدق می کند، یعنی هر عضو به تنهایی فازی می گردد [4].
منطق فازی بر اساس مفهوم مجموعه‌های فازی می باشد و هر مقدار درستی در بازه [1 ، 0] را می‌پذیرد. از مفاهیم مجموعه‌های فازی در جبر فازی بهره گیری می گردد.
به مقصود طراحی یک سیستم کنترل منطق فازی بایستی قادر به توصیف عملیات زبانی باشد. به اظهار دیگر مراحل زیر بایستی انجام گردد[4]:
1) مشخص کردن ورودی ها و خروجی ها با بهره گیری از متغیرهای زبانی
2) نسبت دادن توابع تعلق به متغیرها
3) ایجاد قواعد پایه (اساسی)
4) غیر فازی سازی (Defuzzification)
متغیرهای زبانی، توابع تعلق و قواعد پایه از تجربیات یک اپراتور ماهر بدست می‌آیند. قواعد پایه زیاد، معمولا منجر به عملکرد بهتری می شوند. سیستم‌های فازی “سیستم‌های مبتنی بر دانش یا قواعد” هستند. قلب یک سیستم فازی یک پایگاه دانش بوده که از قواعد اگر – آنگاه فازی تشکیل شده می باشد. مقصود از سیستم فازی در مهندسی سیستم فازی با فازی ساز (Fuzzifier) و غیر فازی ساز (Defuzzifier) می باشد، شکل (1) [5].
در یک سیستم غیر فازی، تنها یک قاعده در یک زمان خاص هست اما در سیستم فازی ممکن می باشد در همان زمان خاص بیش از یک قاعده اما با قوتهای متفاوت وجود داشته باشد. این قواعد با قوتهای متفاوت منجر به عملیات کلاسیک در خلال پروسه غیر فازی سازی می شوند [2]. پروسه‌های غیر فازی سازی در سیستم‌های کنترل فازی استاندارد نیستند. از چندین روش برای این کار می‌توان بهره گیری نمود. مانند:
1) عملیات max-min(and-ro)
2) روش مرکز ثقل (center of gravity) یا COG
 و روشهای متنوع دیگر.
اساسا اگر چه سیستم‌های فازی پدیده‌های غیر قطعی و نامشخص را توصیف می‌کنند، با این حال خود تئوری فازی یک تئوری دقیق می‌باشد. دو توجیه برای تئوری سیستم‌های فازی هست:
1- پیچیدگی بیش از حد دنیای واقعی که منجر به توصیفی تقریبی یا فازی برای مدل کردن یک سیستم می گردد.
2- نیاز به فرضیه‌ای برای فرموله کردن دانش بشری به شکلی سیستماتیک و قرار دادن آن در سیستم‌های مهندسی توجیه دوم وجود تئوری سیستم‌های فازی را به عنوان یک شاخه مستقل در علوم مهندسی توجیه می کند[5].
این پایان نامه شامل فصول زیر می‌باشد:
فصل اول مقدمه
فصل دوم مروری بر تحقیقات گذشته
فصل سوم تحکیم
فصل چهارم منطق فازی و کاربرد آن در مهندسی عمران
فصل پنجم آشنایی با شبکه مفاهیم شبکه عصبی
فصل ششم مدل سازی ضریب فشردگی با بهره گیری از شبکه‌های عصبی-فازی (ANFIS)
فصل هفتم نتیجه گیری و جمع بندی و پیشنهادات.
تعداد صفحه : 128
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد : منابع آب مورد استفاده و آبیاری میکرو

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

دسته‌ها: عمران