دانشگاه شهید باهنر کرمان
دانشکده فنی مهندسی
بخش مهندسی عمران
پایاننامه تحصیلی برای دریافت درجه کارشناسی ارشد رشته عمران گرایش مکانیک خاک و پی
مطالعه عددی تاثیر عوامل مختلف بر ناپایداری شیب سدهای خاکی و ارائه ضریب اطمینان با بهره گیری از الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک
استاد راهنما :
دکتر سید مرتضی مرندی
استادمشاور :
دکتر محمد حسین باقری پور
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)
چکیده :
احداث سدها، یکی از مهمترین و حیاتیترین پروژهها در هر کشور محسوب میگردد و طرح ایمن و اقتصادی آنها نیازمند زمان و هزینهی زیادی می باشد. یکی از مورد هایی که همواره ایمنی سدهای خاکی را تهدید میکند، پایداری شیبها می باشد. در این پژوهش با بهره گیری از نرم افزار Geo-Slopeکه بر پایهی تعادل حدی استوار می باشد تعداد 10368 سد که در آنها مشخصات مقاومتی هسته و پوسته و مشخصات هندسی سد در محدودههای منطقی تغییر میکنند، مدلسازی شده و ضریب اطمینان پایداری شیب پایین دست آنها محاسبه گردیده می باشد با بهره گیری از نتایج بدست آمده و بکارگیری الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک(GP)، ارتباطهایی جهت تعیین ضریب اطمینان حاصل شده می باشد که به کمک آنها میتوان بدون نیاز به انجام محاسبات پیچیده و زمانبر، ضریب اطمینان شیب سدها در محدوده متغیرها را محاسبه نمود. در نهایت کارآیی و دقت مدل بدست آمده برای مطالعه دو سد احداث شده مدل گردید و مورد ارزیابی قرارگرفت که نتایج حاکی از عملکرد مناسب و دقت روش ارائه شده می باشد.
کلمات کلیدی: سدهای خاکی، پایداری شیبها، الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………….. 2
1-2-تاریخچه…………………………………………………………………………………………………………… 3
1-3-اهداف پایان نامه…………………………………………………………………………………………………. 3
1-4-ساختار پایان نامه…………………………………………………………………………………………………. 4
فصل دوم پایداری شیب و انواع روشهای تحلیل شیب
2-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………….. 6
2-2- انواع ناپایداری در سطوح شیبدار…………………………………………………………………………… 6
2-2-1- ناپایداری در خاکها……………………………………………………………………………………. 6
2-2-1-1- ریزش…………………………………………………………………………………………………. 6
2-2-1-2- لغزش…………………………………………………………………………………………………. 7
2-2-1-3- شکست دایره‌ای…………………………………………………………………………………….. 8
2-2-2- ناپایداری در سنگها……………………………………………………………………………………. 9
2-2-2-1- شکست صفحه‌ای…………………………………………………………………………………… 9
2-2-2-2- شکست گوه‌ای……………………………………………………………………………………… 9
2-2-2-3- شکست واژگونی…………………………………………………………………………………… 9
2-2-3- افتادن سنگها…………………………………………………………………………………………… 10
2-3 روشهای تحلیل پایداری سطوح شیبدار………………………………………………………………….. 11
2-3-1- روشهای تجربی……………………………………………………………………………………….. 11
2-3-2- روش احتمالاتی………………………………………………………………………………………… 12
2-3-3- روش مونت کارلو………………………………………………………………………………………. 13
2-3-4- روش تئوری بلوکی…………………………………………………………………………………….. 14
2-3-5- روشهای عددی در تحلیل پایداری شیب………………………………………………………….. 15
2-3-6- روشهای تعادل حدی…………………………………………………………………………………. 16
2-4- کاربرد روشهای تعادل حدی در تحلیل پایداری سطوح شیبدار…………………………………… 16
2-4-1- شکست صفحه‌ای………………………………………………………………………………………. 16
2-4-1-1- مطالعه امکان رخ دادن شکست صفحه‌ای……………………………………………………. 16
2-4-1-2- تحلیل شکست صفحه‌ای به روش تعادل حدی………………………………………………. 17
2-4-2- شکست گوه‌ای………………………………………………………………………………………….. 19
2-4-2-1- شرایط وقوع شکست گوه‌ای……………………………………………………………………. 19
2-4-2-2- تحلیل شکست گوه‌ای به روش تعادل حدی…………………………………………………. 20
2-4-3- شکست دایره‌ای………………………………………………………………………………………… 20
2-4-3-1- شرایط وقوع شکست دایره‌ای…………………………………………………………………… 20
2-4-3-2- تحلیل شکست دایره‌ای به روش تعادل حدی………………………………………………… 21
2-4-3-3- محاسبه ضریب ایمنی برای شکست دایره‌ای…………………………………………………. 21
2-5- پایداری خاکریزها با روش باریکههای قائم……………………………………………………………… 22
2-5-1- روش فلنیوس……………………………………………………………………………………………. 24
2-5-2- روش بیشاپ…………………………………………………………………………………………….. 27
2-5-3- روش جانبو………………………………………………………………………………………………. 30
2-5-4- روش تیلور……………………………………………………………………………………………….. 32
2-5-5- روش اسپنسر…………………………………………………………………………………………….. 34
2-5-6- روش سارما………………………………………………………………………………………………. 36
2-6نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………….. 36
فصل سوم تشریح الگوریتم برنامهنویسی ژنتیک
3-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………. 38
3-2 تاریخچهی ظهور الگوریتم برنامهنویسی ژنتیک…………………………………………………………… 38
3-3 ویژگیهای الگوریتم برنامهنویسی ژنتیک………………………………………………………………….. 39
3-4 تحقّق الگوریتم برنامهنویسی ژنتیکی…………………………………………………………………………. 41
3-4-1 ایجاد یک جمعیت اوّلیه…………………………………………………………………………………. 41
3-4-2 تکرار مراحل زیر تا برقراری شرط پایان GP………………………………………………………. 41
3-5 ایجاد جمعیت اوّلیه……………………………………………………………………………………………… 42
3-6 عملگرها در الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک………………………………………………………………… 43
3-6-1 عملگرهای اصلی در الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک……………………………………………….. 43
3-6-1-1 عملگر تکثیر…………………………………………………………………………………………. 43
3-6-1-2 عملگر تزویج……………………………………………………………………………………….. 43
3-6-2 عملگرهای فرعی در الگوریتم برنامهنویسی ژنتیک………………………………………………… 45
3-6-2-1 عملگر جهش……………………………………………………………………………………….. 45
3-6-2-2 عملگر جایگشت……………………………………………………………………………………. 46
3-6-2-3 عملگر ویرایش……………………………………………………………………………………… 46
3-6-2-4 عملگر کپسوله‌سازی……………………………………………………………………………….. 46
3-6-2-5 عملگر ده یک کشی………………………………………………………………………………. 46
3-6-3- انتخاب والدین………………………………………………………………………………………….. 47
3-6-3-1- روش چرخگردان…………………………………………………………………………………. 47
3-6-4 محاسبهی شایستگی……………………………………………………………………………………… 48
3-7 تعیین پاسخ نهایی……………………………………………………………………………………………….. 49
3-8 شرایط خاتمه در الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک…………………………………………………………… 49
3-9 بهره گیری از الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک در به دست آوردن ضریب اطمینان………………………… 49
3-9-1 مدل کردن الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک با بهره گیری از نرم افزار متلب…………………………. 50
3-10 نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………….. 52
فصل چهارم: مدلسازی پایداری شیروانی سدهای خاکی با بهره گیری از الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک
4-1-مقدمه……………………………………………………………………………………………………………… 54
4-2- طریقه و چگونگی ی ساخت بانک اطلاعاتی برای تولید مدل الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک…………. 54
4-3-مدل سازی نمونههای سد در برنامه GEO-SLOPE…………………………………………………. 55
4-4-روش واکاوی………………………………………………………………………………………………………. 59
4-4-1-روش Grid & Radius……………………………………………………………………………. 59
4-4-2-روش Entry & Exit……………………………………………………………………………….. 61
4-4-3-مقایسه دو روش………………………………………………………………………………………….. 62
4-5-مدل بهینه الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک…………………………………………………………………. 115
4-6-مطالعه و بحث در ارتباط با مدل الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک…………………………………….. 118
4-7-صحت فرمولها با نمونه ی واقعی…………………………………………………………………………. 124
4-7-1-سد قره آقاچ……………………………………………………………………………………………. 124
4-7-2-سد سورک……………………………………………………………………………………………… 125
4-8-نتیجه گیری و جمع بندی……………………………………………………………………………………. 125
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهاد
5-1-نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………. 128
5-2- پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………….. 129
منابع و مراجع. ………………………………………………………………………………………………………. 130
1-1- مقدمه
احداث سدها، یکی از مهمترین و حیاتیترین پروژهها در هر کشور محسوب میگردد و طرح ایمن و اقتصادی آن نیازمند زمان و هزینه زیادی میباشد.
انواع سدها عبارتند از سد بتنی وزنی که پایداری آن بر اساس وزن آن می باشد، سد بتنی قوسی که ممکن می باشد تک قوسی یا دو قوسی باشد، سد بتنی پایه دار و پشت بنددار، سد پاره سنگی (که سنگی و سنگریزه ای هم گفته می گردد)و سد خاکی که عمده مصالح آن مواد خاکی و پاره سنگی می باشد.
به گونه کلی سدی که بدنه آن از مصالح خاکی یا پاره سنگی یا از هر دو ساخته میگردد به نام سد خاکریز[1] نامیده میگردد و اگر عمده مصالح آن خاک باشد، سد خاکی[2] نامیده میگردد.
از زمانهای بسیار پیش احداث سدهای خاکی به مقصود تنظیم و ذخیرهی آب معمول بوده می باشد،اما به علت امکانات محدود و عدم شناخت قوانین مکامیک خاک و هیدرولیک، ارتفاع سدها و بدنه خاکی از مقدار محدودی فراتر نمیرفت.امروزه با پیشرفت علم مکانیک خاک و توسعه امکانات تکنولوژی و مطالعات دقیقتر توانستهاند سدهای خاکی با ارتفاعهای قابل ملاحضهای احداث نمایند.از دیدگاه تکنیک و روش ساخت سدهای خاکی دو گروه هستند که تقریبا تمامی آنها در گروه غلتکی(کوبیدنی)قرار دارند و تعدادی در گروه هیدرولیکی و نیمه هیدرولیکی طبقه بندی میشوند. مقصود از سدهای غلتکی این می باشد که ساخت سد با روش کوبیدن خاک که به وسیله ی غلتک می باشد صورت میگیرد و روش هیدرولیکی این می باشد که با انباشته شدن مصالح ساخت سد صورت میگیرد. از دیدگاه همگنی بدنه سد، سدهای خاکی را می توان به سه دسته تقسیم بندی نمود:سدهای خاکی همگن، سدهای خاکی مطبق یا مغزه دار و سدهای خاکی دیافراگمی.
سدهای خاکی همگن به سدی گفته میگردد که تمام بدنه آن از یک نوع مصالح ساخته میگردد. سدهای خاکی مطبق یا ناهمگن از معمولترین نوع سدهای خاکی می باشد. در این نوع، تأثیر آببندی سد به عنوان مخزن به عهدهی مغزه می باشد و تأثیر استحکام و پایداری را اکثرا پوسته اعمال میکند.سدهای خاکی دیافراگمی به این شکل می باشد که تمام بدنه از مواد درشت دانه یا مخلوط ساخته میگردد و فقط بخشی که تأثیر آب بند را دارد به صورت دیواره یا پرده غیر قابل نفوذ در بدنه ی سد تعبیه میگردد.
انواع خرابیهایی که در سدهای خاکی رخ می دهد بر حسب اهمیت عبارتند از:
- انهدام حاصل از سرریز آب روی سد
- در اثر زه غیر مجاز و شسته شدن خاک
- گسیخته شدن دامنهها
- شسته شدن کنار تونلها
- در اثر شسته شدن پوشش نفوذ ناپذیر بالادست
با در نظر داشتن پر اهمیت بودن گسیخته شدن دامنهها کوشش شده در این پایاننامه این مسئله مطالعه گردد و فرمولهایی برای به دست آوردن ضریب اطمینان شیب سدهای خاکی ناهمگن ارائه گردد.
1-2- تاریخچه
بررس پایداری شیبها و بدست آوردن ضریب اطمینان برای پایداری شیبها مسئله ای میباشد که از اهمیت خاصی برخوردار بوده می باشد .فلنیوس(1927)ابتداییترین روش را برای بدست آوردن ضریب اطمینان به روش باریکههای قائم ارائه نمود اما به دلیل صرفه نظر کردن از نیروهای بین باریکهای ضریب اطمینان به دست آمده از دقت کافی برخوردار نبود [1].بیشاپ(1955) روش حل صحیحتری را نسبت به روش فلنیوس ارائه نمود در این روش اثر نیروهایی که روی وجوه جانبی قطعات اقدام میکنند، نیز تاحدودی در نظر گرفته میگردد[2].جانبو (1973-1954) روشهای ساده شده و عمومی چندی را به وجود آورد. روش عمومی جانبو، یک خط اثر فرض شده برای نیروهای بین باریکه در نظر گرفت و معادلات تعادل را بر اساس آن حل نمود[3].تیلور (1948-1937) راه کاری ارائه داد که با روشهای مرسوم متفاوت بود در فصل بعد این روش به گونه کامل تشریح شده می باشد [4].اسپنسر(1973-1967) یک روش ساده با دقت کافی ارائه نمود که با بهره گیری از یک فرآیند پیچیده، تعادل استاتیکی را با فرض اینکه برآیند نیروهای بین قطعهای دارای شیب ثابت و نامعلوم هستند ارضا مینماید[5].مرگنسترن(1963) نموگرامهایی برای پایداری شیب بالادست در هنگام تخلیهی سریع مخزن ارائه نمود[6].(علی شفیعی و همکاران(1385))با بهره گیری از روش شبکهی عصبی راهکاری را برای پیشبینی ضریب اطمینان و مشخصات سطح لغزش دایرهی بحرانی سدهای خاکی ناهمگن ارائه کردند[7].مندوزا و همکارانش(2009)فرمولهایی برای بدست آوردن ضریب اطمینان سدهای خاکی همگن زیر 10 متر ارائه نمودند[8].
1-3- اهداف پایان نامه
در این پایاننامه با در نظر داشتن اینکه تا کنون فرمول قابل اطمینانی برای بدست آوردن ضریب اطمینان شیب سدهای خاکی ناهمگن ارائه نشده بود کوشش بر آن گردید که با بهره گیری از نرم افزار Geo-Slope بانک اطلاعاتی وسیعی از سدهای خاکی ناهمگن زیر 100 متر تولید گردد و با در نظر داشتن بانک اطلاعاتی و الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک فرمولهایی برای بدست آوردن ضریب اطمینان سدهای خاکی ناهمگن زیر 100 متر ارائه گردد.
1-4- ساختار پایان نامه
سازماندهی این پایاننامه به این شکل می باشد که فصل دوم مروری بر پایداری شیب و شیروانیها، انواع آنها و روش واکاوی آنها میباشد فصل سوم در ارتباط با الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک تبیین داده شده و فصل چهارم چگونگیی مدلسازی با نرم افزار Geo-Slope و ارائه فرمول برای شیب پایین دست سدهای خاکی میباشد فصل پنجم به جمعبندی و نتیجهگیری پایاننامه و ارائه پیشنهادها اختصاص داردفصل ششم نیز منابع و مراجع ارائه شده می باشد.
تعداد صفحه :72
قیمت : 14700 تومان
