دانشگاه آزاد اسلامی
واحد سمنان
دانشکده فنی و مهندسی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران
گرایش مکانیک خاک و پی
عنوان
پیش بینی تراوش از بدنه سدهای خاکی با بهره گرفتن از روشهای داده کاوی
استاد راهنما
دكتر محمود نیکخواه شهمیرزادی
استاد مشاور
دكتر رحمان شریفی
شهریور 1393
(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)
فهرست مطالب
چکیده
1-8- تعریف واژه ها و اصطلاحات فنی و تخصصی ( به صورت مفهومی و عملیاتی) 10
فصل دوم:مبانی نظری و پیشینه تحقیق 12
2-1-2- جریان در محیطهای متخلخل 13
2-1-3- تراوش حالت پایدار ایزوتروپیک ناهمگن 17
2-1-4- تراوش حالت پایدار، غیر ایزوتروپیک و ناهمگن 18
2-1-6- قانون دارسی در خاکهای غیراشباع 21
2-1-7- ضریب نفوذپذیری خاکهای غیراشباع 23
2-1-8- شرایط مرزی در مسائل آنالیز تراوش 26
2-1-8-1- ورودیها و خروجیها 27
2-2- آمار سدسازی در کشورهای مختلف 28
2-2-3- آمار دلایل مختلف خرابی سدها 41
2-2-5- حجم مجاز و قابل قبول تراوش 48
2-3- مظالعات اخیر در زمینه تراوش 54
2-3-1- مطالعه اِرسایین(2006( 54
2-3-2- مطالعه می آ او و همکاران(2012) 56
2-3-3- مطالعه نورانی و همکاران(2012) 56
2-3-4- مطالعه پورکریمی و همکاران(2013) 57
2-3-5- مطالعه کمانبهدست و دلواری(2013) 58
3-1-2- مدل ریاضی شبکههای عصبی 64
3-1-2-2- لایههای چند نرونی 67
3-1-3-1- توابع محرک (تابع تبدیل) 69
3-1-4- آموزش شبکه و تنظیم پارامترها 72
3-2- سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیق پذیر (ANFIS) 73
3-2-2- انواع سامانههای فازی 76
3-2-3- ساختار سامانههای فازی 77
3-3- معرفی سد ستارخان و بررسی داده های ابزار دقیق آن 82
3-3-4- مصالح مورد استفاده در بدنه سد 85
3-3-4-1- مصالح مورد استفاده در هسته آببند 85
3-3-4-2- مصالح مورد استفاده در لایه های فیلتر 85
3-3-4-3- مصالح مورد استفاده در لایه های زهکش 85
3-3-4-4- مصالح مورد استفاده در پوسته سنگریزهای 86
3-3-4-5- مصالح مورد استفاده در لایه محافظ شیبهای سراب و پایاب سد 86
3-3-5- ویژگیهای زمین شناسی و ژئوتکنیکی ساختگاه سد ستارخان 87
3-3-5-2- ژئوتکنیک ساختگاه سد 88
3-3-5-3- سنگ تکیهگاهها و زیر آبرفت 89
3-4- مطالعات ژئوتکنیک مرحله دوم 90
3-5- آببندی سد توسط پردههای آببند بتن خمیری 92
3-6-2- پیزومترهای تار (سیم) مرتعش 95
3-7- بررسی داده های ابزاردقیق در بدنه سد ستارخان 98
4-3- ساختار مدل شبکه عصبی پیشنهادی 102
4-4- ارزیابی و مقایسه عملکرد مدل پیشنهادی 106
4-5- جمعبندی و نتیجه گیری 118
فصل 5:بحث، نتیجه گیری و پیشنهادها 119
فهرست اشکال
شکل (2-1) عبور جریان در خاکهای غیر اشباع 15
شکل (2-2) تغییرات ضریب نفوذپذیری در یک خاک غیر اشباع 18
شکل (2-3) تعادل استاتیکی و شرایط جریان رژیم پایدار در ناحیه با فشارهای حفرهای منفی 21
شکل (2-4) بررسی آزمایشگاهی قانون دارسی برای جریان آب در خاکهای غیراشباع 23
شکل (2-5) مراحل غیراشباع شدن خاك بر اثر خروج تدریجی آب و کاهش درجه اشباع به جهت افزایش مكش ماتریک 24
شکل (2-6) اثر مكش ماتریک بر روی درجه اشباع 25
شکل (2-7) تغییرات ضریب نفوذپذیری و درصد رطوبت نسبت به مکش ماتریک 25
شکل (2-8) تغییرات ضریب نفوذپذیری بر حسب درصد رطوبت 26
شکل (2-9) مثالهایی از شرایط مرزی 27
شکل (2-10) مقایسه سدهای خاکی ساخته شده در هفت کشور دنیا(ICOLD, 2008) 29
شکل (2-11) مقایسه سدهای سنگریزهای ساخته شده در هفت کشور دنیا(ICOLD, 2008) 30
شکل (2-12) مقایسه سدهای وزنی ساخته شده در هفت کشور دنیا(ICOLD, 2008) 30
شکل (2-13) آمار سدهای ساخته شده در ایران(ICOLD, 2008) 31
شکل (2-14) تعداد موارد تخریب یا آسیب سدها در کشوهای مختلف (ICOLD, 2008) 36
شکل (2-15) تعداد موارد تخریب یا آسیب در سدهای ثبت شده در ICOLD 37
شکل (2-16) درصد موارد تخریب یا آسیب در سدهای ثبت شده در ICOLD 37
شکل (2-17) توزیع تعداد موارد تخریب یا آسیب نسبت به نوع پی در سدهای ثبت شده در ICOLD 38
شکل (2-18) توزیع درصد موارد تخریب یا آسیب نسبت به نوع پی در سدهای ثبت شده در ICOLD 39
شکل (2-19) توزیع تعداد نوع تخریب یا آسیب وارده در سدهای ثبت شده در ICOLD 40
شکل (2-20) توزیع درصد نوع تخریب یا آسیب وارده در سدهای ثبت شده در ICOLD 40
شکل (2-21) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط میدل بروک 43
شکل (2-22) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط گرونر 43
شکل (2-23) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط تاکاسی 44
شکل (2-24) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط باب 44
شکل (2-25) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط USCOLD (2008) 45
شکل (2-26) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف 45
شکل (3-1) نواحی اصلی یک سلول عصبی بیولوژیک 63
شکل (3-3) مدل نرون تک ورودی 65
شکل (3-4) مدل نرون با n ورودی را به همراه تابع تبدیل آن 66
شکل (3-5) مدل شبکهای با یک لایهی پنهان با S نرون و R ورودی 68
شکل (3-6) مدل شبکهای با سه لایهی پنهان به همراه R ورودی 68
شکل (3-7) نمودار تابع محرک خطی 69
شکل (3-8) نمودار تابع محرک آستانهای دو مقداره حدی 70
شکل (3-9) نمودار تابع محرک زیگموئید 71
شکل (3-10) نمودار تابع محرک تانژانت هیپربولیکی 71
شکل (3-11) ساختار کلی یک سامانه استنتاج فازی 78
شکل (3-12) تعدادی از نمودارهای توابع عضویت مجموعههای فازی 79
شکل (3-13) نمایی کلی از سد ستارخان 82
شکل (3-14) نقشه موقعیت سد ستارخان 83
شکل (3-15) نمایی از مرتفعترین مقطع سد ستارخان 84
شکل (3-16) نمای شماتیک مقطع 170+0 97
شکل (3-17) نمای شماتیک مقطع 320+0 97
شکل (4-1) پراکندگی مقادیر فشار پیزومتریک داده های آموزش 113
شکل (4-2) پراکندگی مقادیر فشار پیزومتریک داده های آزمون 114
شکل (4-3) نمودار احتمال تجمعی مقادیر α 115
شکل (4-4) نمودار توزیع نرمال مقادیر α (a) آموزش (b) آزمون 116
شکل (4-5) هیستوگرام مقادیر α (a) آموزش (b) آزمون 117
فهرست جداول
جدول (2-1) حجم تراوش، میزان خسارات و اقدامات اصلاحی در بعضی از سدها 49
جدول (2-2) توابع فعالیت بکار رفته در مطالعه ارسایین 55
جدول (4-1) پارامترهای آماری مربوط به دادههای آموزش و آزمون 104
جدول (4-2) وزن های ارتباطی مدل ANN 105
جدول (4-3) ثابتهای مدل ANN 105
جدول (4-4) تعریف پارامترهای آماری 107
جدول (4-6) ارزیابی عملکرد مدل پیشنهادشده توسط پارامترهای آماری برای دادههای آزمون 118
چکیده
سدها همواره از سازههای زیر بنایی شمرده میشوند و دارای ارزش حیاتی میباشند. در گذشته ایجاد سد عمدتاً با اهداف تأمین آب آشامیدنی و آبیاری مزارع کشاورزی بوده ولی امروز به دلیل نیاز به انرژی برق آبی و اهداف دیگر توسعه بیشتری یافته است. برآورد میزان ۲۰ میلیارد متر مکعب برداشت از آبهای شیرین جهان خود دلیلی بر اهمیت سدسازی در دنیای امروز است. از این رو، بررسی و جلوگیری از خرابی سدها از اهمیت ویژهای برخوردار است. اگرچه در گذشته پدیده روگذری، اولین دلیل تخریب سدها بوده است اما امروزه با افزایش دوره طراحی سیلاب، عمدهترین مشکلی که توجه مهندسان را به خود جلب کرده است، مسئله تراوش است. وجود تراوش در سدهای خاکی غیر قابل اجتناب است، اما اگر شرایط مناسبی برای فرسایش خاک وجود داشته باشد، موجب شسته شدن نقاط مستعد گردیده و چنانچه در ابتدای بروز فرسایش اقدامات لازم صورت نگیرد، به تخریب سد منجر می شود. اصولاً بروز تراوش در سدهای خاکی امری اجتنابناپذیر است. اما میبایست تراوش طوری مهار شود تا در مدت 50 الی 100 سال بهره برداری سد، نتواند به پایداری و ایمنی سد لطمهای بزند. با وجود تمام پیشرفتهایی صورت گرفته در علم مهندسی ژئوتکنیک، معضل تراوش تا به امروز اصلیترین مشکلی است که در سدها بروز می کند.
در این تحقیق تلاش شد با به کارگیری شبکه عصبی مصنوعی به عنوان یکی از قویترین و معروفترین روشهای داده کاوی به پیش بینی تراوش از بدنه سد خاکی “ستارخان” پرداخته شود. جهت تحقق به این هدف، از مجموعه دادهای شامل 1684 داده پیزومتری استفاده شد. مجموعه داده به دو بخش آموزش و صحتسنجی با نسبت 80 به 20 تفکیک شدند. به کارگیری پارامترهای آماری مناسب و کاربردی نشان داد شبکه ارائه شده به خوبی آموزش دیده است و قابلیت بالایی در پیش بینی پدیده تراوش دارد.
بررسی جامع آمار خرابی در سدها، علل مختلف خرابی سدهای خاکی و شناخت پدیده تراوش به عنوان مهترین علل خرابی سدهای خاکی از دیگر بخشهای مهم این تحقیق میباشند.
کلمات کلیدی: آمار سدسازی، سدهای خاکی، تراوش، علل خرابی سدها، داده کاوی، شبکه عصبی مصنوعی
کشور ایران بروی کمربند خشک کره زمین قرار دارد. متوسط بارندگی در ایران در حدود یک سوم بارندگی جهان و کمتر از یک دوم متوسط بارندگی آسیا میباشد؛ لذا اهمیت برنامه ریزی و مدیریت استفاده از منابع موجود آب امری حیاتی محسوب میشود. از این رو، شرایط اقلیمی كشور و نیاز آن به احداث سازه های ذخیره آب، احداث سدها را در دستور كار برنامهریزان قرار داده است كه به عنوان سازههای مهاركننده آبهای سطحی و كنترل سیلاب امكان استفاده بیشتر از آب رودخانهها را فراهم مینمایند. مهار سیلابها و آبهای جاری به کمک احداث سد از امور زیربنائی در رشد و توسعه هر کشور از جمله ایران به شمار میآید.
در گذشته ایجاد سد عمدتاً با اهداف تأمین آب آشامیدنی و آبیاری مزارع کشاورزی بوده ولی امروز به دلیل نیاز به انرژی برق آبی و اهداف دیگر توسعه بیشتری یافته است. برآورد میزان ۲۰ میلیارد متر مکعب برداشت از آبهای شیرین جهان خود دلیلی بر اهمیت سدسازی در دنیای امروز است. یکی دیگر از اهداف مهم سدسازی بهبود و توسعه شبکه آبیاری و کشاورزی زمینهای پاییندست است. در کشورهایی مانند ایران که پراکندگی زمانی و مکانی بارندگیها نامناسب است و ریزشهای جوی در فصولی صورت میگیرد که شاید نیاز کمتری به آب باشد و یا قسمت اعظم نزولات در برخی مناطق متمرکز است، تنها راه چاره و مقابله با این مسئله احداث سد میباشد و این امر به خصوص در کشورهای که متکی به کشاورزی هستند اجتنابناپذیر است. احداث سد، کسب و کار و درآمد ملی به همراه دارد. در زمان حاضر شبکه های آبیاری وتامین آب کشاورزی در ایران باعث توسعه، بهبود و رونق اقتصادی مناطق شده است. یکی دیگر از اهداف عمده سدسازی استفاده از نیروی الکتریسیته است. استفاده از این منبع که ارزانترین نوع انرژی در اغلب کشورهای دنیاست، بسته به نیاز و ویژگیهای ساختمانی، اهداف متفاوتی دارد. امروزه احداث سد با هدف تولید برق آبی یک امر متداول بوده و کشورهای پیشرفته و حتی در حال رشد کمال استفاده را از این پتانسیل موجود میبرند.
در صورت عدم توجه به شرایط ساختگاهی و ناکافی بودن مطالعات، خطر وقوع خرابی، سد را تهدید می کند. مطالعه آماری خرابی در سدهای خراب شده با توجه به وجود شباهاتی در شرایط، امکان ارائه راهکارهای مناسب در طراحی سدها توسط مهندسین را فراهم می کند. خرابی در سدها به اشکال مختلفی دیده می شود، شایعترین علت شکت سدها خصوصاً در سالهای اخیر فرسایش در اثر تراوش و یا رگاب بوده است. اصولاً بروز تراوش در سدهای خاکی امری اجتنابناپذیر است. اما میبایست تراوش طوری مهار شود تا در مدت 50 الی 100 سال بهره برداری سد، نتواند به پایداری و ایمنی سد لطمهای بزند. با وجود تمام پیشرفتهایی صورت گرفته در علم مهندسی ژئوتکنیک، معضل تراوش تا به امروز اصلیترین مشکلی است که در سدها بروز می کند.
شرایط اقلیمی كشور و نیاز آن به احداث سازه های ذخیره آب، احداث سدهای خاکی را در دستور كار برنامه ریزان قرار داده است كه به عنوان سازه های مهاركننده آبهای سطحی و كنترل سیلاب امكان استفاده بیشتر از آب رودخانه ها را فراهم می نمایند. با توجه به مطالعاتی که معمولا قبل از ساخت سد صورت می گیرد، همیشه نمی توان رفتار هیدرولیکی بدنه سد و یا تشکیلات زمین شناسی مجاور آن را به دقت پیش بینی کرد. بنابراین احتمال وقوع تراوش پس از ساخت سد تقریبا قطعی به نظر می رسد. شدت تراوش در بسیاری از موارد تا زمانی که ایمنی سد به خطر نیفتاده است قابل قبول می باشد. از نقطه نظر ایمنی، بررسی خطرات ناشی از تراوش و نفوذ به علت پیچیدگی ذاتی در خصوصیات آنها حائز اهمیت می باشد. بسیاری از مخازن سدهای ساخته شده در جهان دارای تراوش می باشند. این تراوش ممکن است از تشکیلات زمین شناسی ساختگاه یا پی سد و یا از بدنه سد اتفاق بیافتد. از عواقب سوء تراوش می توان به مسائل اقتصادی، گرادیان هیدرولیکی بالا که منجر به پدیده هایی نظیر رگاب یا جوشش و افزایش فشار منفذی که منجر به کاهش تنش موثر می شود اشاره کرد. از این رو، یكی از مهمترین نكات در مراحل مطالعاتی، در طول عملیات اجرایی و پس از ساخت سدهای خاكی، مسئله تراوش از پی و بدنه سد می باشد كه به عنوان معضلی فرا روی طراحان سدها بوده است. لذا ضروری است كه با محاسبه دقیق مقدار دبی تراوش از بدنه و پی سد و بررسی روشهای كنترل یا كاهش آن، به لحاظ فنی و اقتصادی در راستای جلوگیری از خطرات جانی و مالی پرداخته شود.
تخمین دقیق تراوش از بدنه سدهای خاكی چالشی مهم در موضوع طراحی این سازههای عظیم میباشد. استفاده از ابزارگذاری شاید تا حدودی تخمین دقیقی از این پدیده در اختیار قرار دهد ولی مشکلات پیش رو از جمله خرابی ابزارها در اثر زمان، صرف هزینه و نیروی انسانی متوالی جهت قرائت و…، این روش را با مشکل روبرو ساخته است. استفاده از روش های حل تحلیلی كه توسط محققین مختلف پیشنهاد گردیدهاند، برای ارزیابی میزان تراوش از بدنه سدهای خاكی واقع بر بستر نفوذناپذیر به دلیل سهولت استفاده ار آنها، امری متداول است. ولی، این روشهای تحلیلی از فرضیاتی برای ساده سازی ساخت معادلات استفاده می کنند كه ممكن است به خطاهای بزرگ منجر شود.
بنابراین با توجه به مطالب بیان شده در بخشهای قبل، هدف این مطالعه ارائه مدل شبکه عصبی مصنوعی[1] برای پیش بینی دقیق تر میزان تراوش از بدنه سدهای خاكی و از بین بردن مشکلات فوق میباشد. از این رو، سعی می شود براساس داده های ابزار دقیق یک سد خاص و بکارگیری روش های داده کاوی، به پیش بینی پدیده تراوش در سدهای خاکی پرداخته شود.
[1] Artificial Neural Network
تعداد صفحه : 153
قیمت :14700 تومان
بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد
و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.
پشتیبانی سایت : * serderehi@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
14,700 تومانافزودن به سبد خرید