پیش بینی تراوش از بدنه سدهای خاکی با استفاده از روش های داده کاوی :پایان نامه کارشناسی ارشد عمران گرايش مکانیک خاک و پی
پایان نامه ای که معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته عمران و با عنوان پیش بینی تراوش از بدنه سدهای خاکی با استفاده از روش های داده کاوی ، مطالعه موردی پل شهید حقانی تهران در 142 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب عمران قرار گیرد.
چکیده پیش بینی تراوش از بدنه سدهای خاکی با استفاده از روش های داده کاوی:
سدها همواره از سازه های 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 براهمیت 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، عمده ترین 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 میشود. اصولاً بروز تراوش در سدهای خاکی امری اجتناب ناپذیر است. اما میبایست تراوش طوری مهار شود تا در مدت 50 الی 100 سال بهره برداری سد، نتواند به پایداری و ایمنی سد لطمه ای بزند. با وجود تمام پیشرفتهایی صورت گرفته در علم مهندسی ژئوتکنیک، معضل تراوش تا به امروز اصلیترین مشکلی است که در سدها بروز میکند.
در این تحقیق تلاش شد با به کارگیری شبکه عصبی مصنوعی به عنوان یکی از قویترین و معروفترین روشهای داده کاوی به پیشبینی 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. بهکارگیری پارامترهای آماری مناسب و کاربردی نشان داد شبکه ارائه شده به خوبی آموزش دیده است و قابلیت بالایی در پیشبینی 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.
مقدمه
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؛لذااهمیت برنامه ریزی و مدیریت استفاده از منابع موجود آب امری حیاتی محسوب میشود. از این رو،شرايط اقليمي كشور و نياز آن به احداث سازه هاي ذخيره آب، احداث سدها را در دستور كار برنامهريزان قرار داده است كه به عنوان سازههاي مهاركننده آبهای سطحي و كنترل سيلاب امكان استفاده بيشتر از آب رودخانهها را فراهم مينمايند. 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 براهمیت سدسازی در دنیای امروز است. یکی دیگر از اهداف مهم سدسازی بهبود وتوسعه شبکه آبیاری وکشاورزی زمینهای پایین دست است. درکشورهایی مانند ایران که پراکندگی زمانی ومکانی بارندگیها نامناسب است و ریزشهای جوی در فصولی صورت میگیرد که شاید نیازکمتری به آب باشد ویا قسمت اعظم نزولات در برخی مناطق متمرکز است، تنها راه چاره ومقابله با این مسئله احداث سد میباشد واین امر به خصوص در کشورهای که متکی به کشاورزی هستند اجتناب ناپذیر است. احداث سد، کسب و کار و درآمد ملی به همراه دارد. در زمان حاضر شبکه های آبیاری وتامین آب کشاورزی درایران 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 وحتی 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 میکند. 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 میکند. خرابی در سدها به اشکال مختلفی دیده میشود، شایعترین علت شکت سدها خصوصاً در سالهای اخیر فرسایش در اثر تراوش و یا رگاب بوده است. اصولاً بروز تراوش در سدهای خاکی امری اجتناب ناپذیر 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 اصلی ترین مشکلی است که در سدها بروز میکند.
اهداف تحقیق
هدف اصلي(کلی) تحقيق:
هدف اصلی این مطالعه عبارت است از:پیشبینی تراوش از بدنه سد خاکی با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی.
اهداف فرعي(اختصاصی):
هدف فرعی این مطالعه عبارت است از:تعیین روش های دقیقتر تراوش از بدنه سد خاکی، افزایش دقت، در دسترس بودن، پیشبینی شرایط احتمالی آینده و صرفهجویی در هزینه های ناشی از ابزارگذاری.
سوالهای تحقیق
سوال اصلي تحقيق:
- اصلیترین علل خرابی سدهای خاکی چه بوده است؟
- آیا استفاده از روش های داده کاوی میتواند پیشبینی دقیق تری از میزان تراوش در بدنه سدهای خاکی ارائه دهد؟
سوالهای فرعي(ویژه):
- در بین روش های داده کاوی، کدام روش پیش بینی دقیقتری از تراوش ارائه می کنند؟
- تفاوت روشهای دادهکاوی و عددی در پیشبینی تراوش چیست؟
فرضيه های تحقیق
- تراوش بيش از اندازه و خارج از معمول در سدهای خاکی همواره مي تواند باعث ناپايداري و خرابي آنها گردد.
- فرضیات بکار رفته در روش های تحلیلی محاسبه تراوش به منظور ساخت معادلات، به خطاهاي بزرگي منجر شده است.
پیش بینی تراوش با استفاده از روشهای داده کاوی میتواند به نتایج ابزاردقیق نزدیک باشد
فهرست مطالب
چکیده
فصل اول: کلیات 1
1-1- مقدمه 2
1-2- بیان مسئله 3
1-3- اهیمت و ضرورت تحقیق 5
1-4- متغییرهای تحقیق 8
1-5- متغییرهای تحقیق 8
1-5-1- هدف اصلي(کلی) تحقيق 8
1-5-2- اهداف فرعي(اختصاصی) 8
1-6- سوالهای تحقیق 9
1-6-1- سوال اصلي تحقيق: 9
1-6-2- سوالهای فرعي(ویژه) 9
1-7- فرضيه های تحقیق 9
1-8- تعریف واژهها و اصطلاحات فنی و تخصصی ( به صورت مفهومی و عملیاتی) 10
1-8-1- تعاریف مفهومی 10
1-8-2- تعاریف عملیاتی 11
1-9- محدودیتهای تحقیق 11
فصل دوم:مبانی نظری و پیشینه تحقیق 12
2-1- تئوری پدیده تراوش 13
2-1-1- مقدمه 13
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
2-1-5- جریان یک بعدی 19
2-1-6- قانون دارسي در خاکهای غيراشباع 21
2-1-7- ضريب نفوذپذيري خاکهای غيراشباع 23
2-1-8- شرایط مرزی در مسائل آنالیز تراوش 26
مرز نفوذپذیر 27
2-1-8-1- ورودیها و خروجیها 27
2-1-8-2- سطح تراوش 28
2-1-8-3- خط تراوش 28
2-2- آمار سدسازی در کشورهای مختلف 28
2-2-1- خرابی سدها 31
2-2-2- آمار خرابی سدها 35
2-2-3- آمار دلایل مختلف خرابی سدها 41
2-2-4- علل افزایش تراوش 46
2-2-5- حجم مجاز و قابل قبول تراوش 48
2-2-6- عواقب سوء تراوش 51
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
فصل 3: روش تحقیق 60
3-1- شبکههای عصبی مصنوعی 61
3-1-1- مقدمه 61
3-1-2- مدل ریاضی شبکههای عصبی 64
3-1-2-1- نرون 64
3-1-2-2- لایههای چند نرونی 67
3-1-3- شبکههای چند لایه 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
3-2-1- تاریخچه منطق فازی 74
3-2-2- انواع سامانههای فازی 76
3-2-3- ساختار سامانههای فازی 77
3-2-4- سامانه عصبی- فازی 80
3-3- معرفی سد ستارخان و بررسی دادههای ابزار دقیق آن 82
3-3-1- مقدمه 82
3-3-2- موقعیت پروژه 83
3-3-3- مشخصات کلی پروژه 84
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 لایههای فیلتر 85
3-3-4-3- مصالح مورد استفاده در لایههای 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 زمینشناسی و ژئوتکنیکی ساختگاه سد ستارخان 87
3-3-5-1- زمین شناسی 87
3-3-5-2- ژئوتکنیک ساختگاه سد 88
3-3-5-3- سنگ تکیهگاهها و زیر آبرفت 89
3-3-5-4- آبرفت پی 89
3-4- مطالعات ژئوتکنیک مرحله دوم 90
3-5- آببندی سد توسط پردههای آببند بتن خمیری 92
3-6- ابزاربندی 93
3-6-1- پیزومترهای لولهباز 95
3-6-2- پیزومترهای تار (سیم) مرتعش 95
3-7- بررسی دادههای ابزاردقیق در بدنه سد ستارخان 98
فصل 4:نتایج تحقیق 99
4-1- مقدمه 100
4-2- مجموعه دادهها 100
4-3- ساختار مدل شبکه عصبی پیشنهادی 102
4-4- ارزیابی و مقایسه عملکرد مدل پیشنهادی 106
4-5- جمعبندی و نتیجهگیری 118
فصل 5:بحث، نتیجهگیری و پیشنهادها 119
5-1- مقدمه 120
5-2- نتایج 120
5-3- پیشنهادها 121
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) بررسي آزمايشگاهي قانون دارسي براي جريان آب در خاکهای غيراشباع 23
شکل (2-5) مراحل غيراشباع شدن خاك بر اثر خروج تدريجي آب و کاهش درجه اشباع به جهت افزايش مكش ماتریک 24
شکل (2-6) اثر مكش ماتریک بر روي درجه اشباع 25
شکل (2-7) تغییرات ضریب نفوذپذیری و درصد رطوبت نسبت به مکش ماتریک 25
شکل (2-8) تغييرات ضريب نفوذپذيري 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 (3-2) شمای یک نرون حسی 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 دادههای آموزش 113
شکل (4-2) پراکندگی مقادیر فشار پیزومتریک دادههای 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 (4-5) ارزیابی عملکرد مدلهای پیشنهاد شده توسط پارامترهای آماری برای دستههای مختلف دادههای آموزش 107
جدول (4-6) ارزیابی عملکرد مدل پیشنهادشده توسط پارامترهای آماری برای دادههای آزمون 118
راهنمای خرید و دانلود فایل
برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.
بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.
در صورت بروز هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل مورد بررسی قرار گیرد. دیجی لود متعهد میشود که هر طور شده فایل خریداری شده ، به دست شما خواهد رسید.
برای دانلود فابل روی دکمه خرید و دانلود کلیک نمایید.
ديدگاه ها