دانشگاه شهید باهنر کرمان
دانشکده فنی مهندسی
بخش مهندسی عمران
پایان نامه 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 گرفتن از الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک
استاد راهنما :
دکتر سید مرتضی مرندی
استادمشاور :
دکتر محمد حسین باقری پور
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده :
احداث سدها، یکی از مهمترین و حیاتیترین پروژهها در هر کشور محسوب میشود و طرح ایمن و اقتصادی آنها نیازمند زمان و هزینه زیادی است. یکی از مواردی که همواره ایمنی سدهای خاکی را تهدید می کند، پایداری شیبها است. در این تحقیق با بهره گرفتن از نرم افزار Geo-Slopeکه بر پایه تعادل حدی استوار است تعداد 10368 سد که در آنها مشخصات مقاومتی هسته و پوسته و مشخصات هندسی سد در محدودههای منطقی تغییر می کنند، مدلسازی شده و ضریب اطمینان پایداری شیب پایین دست آنها محاسبه گردیده است با بهره گرفتن از نتایج بدست آمده و بکارگیری الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک(GP)، رابطههایی جهت تعیین ضریب اطمینان حاصل شده است 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 بررسی دو سد احداث شده مدل گردید و مورد ارزیابی قرارگرفت که نتایج حاکی از عملکرد مناسب و دقت روش ارائه شده است.
کلمات کلیدی: سدهای خاکی، پایداری شیبها، الگوریتم برنامه نویسی ژنتیك
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 خاكها……………………………………………………………………………………. 6
2-2-1-1- ریزش…………………………………………………………………………………………………. 6
2-2-1-2- لغزش…………………………………………………………………………………………………. 7
2-2-1-3- شكست دایره‌ای…………………………………………………………………………………….. 8
2-2-2- ناپایداری در سنگها……………………………………………………………………………………. 9
2-2-2-1- شكست صفحه‌ای…………………………………………………………………………………… 9
2-2-2-2- شكست گوه‌ای……………………………………………………………………………………… 9
2-2-2-3- شكست 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 كارلو………………………………………………………………………………………. 13
2-3-4- روش تئوری بلوكی…………………………………………………………………………………….. 14
2-3-5- روشهای عددی در تحلیل پایداری شیب………………………………………………………….. 15
2-3-6- روشهای تعادل حدی…………………………………………………………………………………. 16
2-4- كاربرد روشهای تعادل حدی در تحلیل پایداری سطوح شیبدار…………………………………… 16
2-4-1- شكست صفحه‌ای………………………………………………………………………………………. 16
2-4-1-1- بررسی امكان رخ دادن شكست صفحه‌ای……………………………………………………. 16
2-4-1-2- تحلیل شكست صفحه‌ای به روش تعادل حدی………………………………………………. 17
2-4-2- شكست گوه‌ای………………………………………………………………………………………….. 19
2-4-2-1- شرایط وقوع شكست گوه‌ای……………………………………………………………………. 19
2-4-2-2- تحلیل شكست گوه‌ای به روش تعادل حدی…………………………………………………. 20
2-4-3- شكست دایره‌ای………………………………………………………………………………………… 20
2-4-3-1- شرایط وقوع شكست دایره‌ای…………………………………………………………………… 20
2-4-3-2- تحلیل شكست دایره‌ای به روش تعادل حدی………………………………………………… 21
2-4-3-3- محاسبه ضریب ایمنی برای شكست دایره‌ای…………………………………………………. 21
2-5- پایداری خاكریزها با روش باریكه‌های 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 استفاده از الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک در به دست آوردن ضریب اطمینان………………………… 49
3-9-1 مدل کردن الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک با بهره گرفتن از نرم افزار متلب…………………………. 50
3-10 نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………….. 52
فصل چهارم: مدلسازی پایداری شیروانی سدهای خاکی با بهره گرفتن از الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک
4-1-مقدمه……………………………………………………………………………………………………………… 54
4-2- روند و نحوه 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 آنالیز………………………………………………………………………………………………………. 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-بررسی 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
احداث سدها، یکی از مهمترین و حیاتیترین پروژهها در هر کشور محسوب میشود 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 است، سد بتنی قوسی که ممکن است تک قوسی یا دو قوسی باشد، سد بتنی پایه دار و پشت بنددار، سد پاره سنگی (که سنگی و سنگریزه ای هم گفته می شود)و سد خاکی که عمده مصالح آن مواد خاکی و پاره سنگی است.
به طور کلی سدی که بدنه آن از مصالح خاکی یا پاره سنگی یا از هر دو ساخته میشود به نام سد خاکریز[1] نامیده میشود و اگر عمده مصالح آن خاک باشد، سد خاکی[2] نامیده میشود.
از زمانهای بسیار پیش احداث سدهای خاکی به منظور تنظیم و ذخیرهی آب معمول بوده است،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 توانسته اند 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. منظور از سدهای غلتکی این است که ساخت سد با روش کوبیدن خاک که به وسیله ی غلتک است صورت میگیرد و روش هیدرولیکی این است که با انباشته شدن مصالح ساخت سد صورت میگیرد. از دیدگاه همگنی بدنه سد، سدهای خاکی را می توان به سه دسته تقسیم بندی کرد:سدهای خاکی همگن، سدهای خاکی مطبق یا مغزه دار و سدهای خاکی دیافراگمی.
سدهای خاکی همگن به سدی گفته میشود که تمام بدنه آن از یک نوع مصالح ساخته میشود. سدهای خاکی مطبق یا ناهمگن از معمولترین نوع سدهای خاکی است. در این نوع، نقش آببندی سد به عنوان مخزن به عهده مغزه است و نقش استحکام و پایداری را عمدتا پوسته ایفا می کند.سدهای خاکی دیافراگمی بدین صورت است که تمام بدنه از مواد درشت دانه یا مخلوط ساخته میشود و فقط بخشی که نقش 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 توجه به پر اهمیت بودن گسیخته شدن دامنهها سعی شده در این پایان نامه این مسئله بررسی شود 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 است .فلنیوس(1927)ابتداییترین روش را برای بدست آوردن ضریب اطمینان به روش باریکههای قائم ارائه نمود ولی 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 کرد در این روش اثر نیروهایی که روی وجوه جانبی قطعات عمل می کنند، نیز تاحدودی در نظر گرفته میشود[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 طور کامل تشریح شده است [4].اسپنسر(1973-1967) یک روش ساده با دقت کافی ارائه کرد که با بهره گرفتن 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 گرفتن از روش شبکهی عصبی راهکاری را برای پیش بینی 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 پایان نامه با توجه به اینکه تا کنون فرمول قابل اطمینانی برای بدست آوردن ضریب اطمینان شیب سدهای خاکی ناهمگن ارائه نشده بود سعی بر آن شد که با بهره گرفتن از نرم افزار Geo-Slope بانک اطلاعاتی وسیعی از سدهای خاکی ناهمگن زیر 100 متر تولید شود و با توجه به بانک اطلاعاتی و الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک فرمولهایی برای بدست آوردن ضریب اطمینان سدهای خاکی ناهمگن زیر 100 متر ارائه شود.
1-4- ساختار پایان نامه
سازماندهی این پایان نامه بدین صورت است که فصل دوم مروری بر پایداری شیب و شیروانیها، انواع آنها و روش آنالیز آنها میباشد فصل سوم در ارتباط با الگوریتم برنامه نویسی ژنتیک توضیح داده شده و فصل چهارم نحوهی مدلسازی با نرم افزار Geo-Slope و ارائه فرمول برای شیب پایین دست سدهای خاکی میباشد فصل پنجم به جمعبندی و نتیجهگیری پایان نامه و ارائه پیشنهادها اختصاص داردفصل ششم نیز منابع و مراجع ارائه شده است.
تعداد صفحه :72
قیمت :14700 تومان
