تحلیل پایداری شیروانی های خاکی و بهینه یابی سطح لغزش شیروانی ها با استفاده ازالگوریتم بهینه یابی:پایان نامه کارشناسی ارشد عمران گرايش مکانیک خاک و پی

دانلود پایان نامه تحلیل پایداری شیروانی های خاکی و بهینه یابی سطح لغزش شیروانی ها با استفاده ازالگوریتم بهینه یابی

دانلود 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 عنوانتحلیل پایداری شیروانی های خاکی و بهینه یابی سطح لغزش شیروانی ها با استفاده ازالگوریتم بهینه یابی ، مطالعه موردی پل شهید حقانی تهران  در ۱۰۸ 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 تحلیل پایداری شیروانی های خاکی و بهینه یابی سطح لغزش شیروانی ها با استفاده ازالگوریتم بهینه یابی:

يکي از مهم­ترين و در عين حال مشکل­ترين مباحث مکانيک خاک مسئله پايداري شيرواني­ها است.  تحلیل پایداری شیروانی های خاکی به منظور تعیین محتمل ترین فرآیند گسیختگی یا به عبارتی دیگر یافتن کمترین ضریب اطمینان، یکی از مسائل مهم مهندسی ژئوتکنیک است. از بین روش های ذکر شده روشهای بهینه سازی الهام گرفته از طبیعت بیشترین استفاده را برای تعیین بحرانی ترین سطح لغزش داشته است. در میان روشهای گوناگون بهینه یابی، روشی که بتواند سطح لغزش بحرانی را در زمان کوتاهتر و با حجم آنالیز کمتر پیدا نماید نسبت به روش های دیگر از برتری بیشتری برخوردار می باشد. یکی از روش های بهینه یابی نوین، روش جامعه پرندگان است.

در این پایان نامه جهت تحلیل شیروانی های خاکی از روش بیشاپ اصلاح شدهو تلفیق آن با الگوریتم جامعه پرندگان که یکی از روش های بهینه یابی غیر کلاسیک و مدرن میباشد برای یافتن سطح لغزش بحرانی شیروانی های خاکی استفاده شده است. در این پایان نامه روشی سریع جهت بهینه سازی سطح لغزش شیروانی های خاکی با کمک الگوریتم جامعه پرندگان و روش بیشاپ اصلاح شده ارائه می گردد.

 

مقدمه

تحلیل پایداری شیروانی های خاکی به منظور تعیین محتمل ترین فرآیند گسیختگی یا به عبارتی دیگر یافتن کمترین ضریب اطمینان، یکی از مسائل مهم مهندسی ژئوتکنیک است.روشهایی که توسط محققین برای یافتن سطح لغزش بکار گرفته میشود را می توان به دسته کلی تقسیم کرد. که این سه دسته عبارتند از:

(الف) روش عددی حساب تغییرات   (ب) روش توده خاکی     (ج) روش بهینه سازی الهام گرفته از .

از بین روش های ذکر شده روشهای بهینه سازی الهام گرفته از طبیعت بیشترین استفاده را برای تعیین بحرانی ترین سطح لغزش داشته است. بهینه سازی سطح لغزش شیروانی ها از مسائل بهینه سازی بدون قید بوده که امروزه این روش ها گستره خوبی داشته اند، هرچند که هنوز امکان زیادی برای گسترش آنها وجود دارد.

در میان روشهای گوناگون بهینه یابی، روشی که بتواند سطح لغزش بحرانی را در زمان کوتاهتر و با حجم آنالیز کمتر پیدا نماید نسبت به روش های دیگر از برتری بیشتری برخوردار می باشد. لذا با جمع آوری، مقایسه و تحلیل نتایج بدست آمده از روش های گوناگون بهینه یابی، میتوان روش مناسب جهت تحلیل مسائل مهندسی را انتخاب و پیشنهاد نمود. با تحقیقات و بررسی حتی انجام شده نسبت به الگوریتم های بهینه یابی مختلف جهت تحلیل شیروانی های خاکی،در تحقیق فوق نتیجه زیر حاصل شده است که: جهت یافتن سطح لغزش در شیروانی های خاکی استفاده از الگوریتم جامعه پرندگان به دلایلی که در زیر ذکر میشود مناسب میباشد.

یکی از روش های بهینه یابی نوین، روش جامعه است که مزایای روش فوق نسبت به سایر روش ها به این شرح می باشد:

۱-دارای مکانیزم آسان جهت استفاده از کامپیوتر

۲-بررسی روابط ریاضی ساده

۳-استفاده از خود تابع هدف به جای استفاده از مشتقات آن بر خلاف دیگر روش ها

۴- سرعت بالای همگرایی به جواب این الگوریتم اشاره نمود.

با توجه به  اهمیت تعیین سطح لغزش بحرانی شیروانی ها،در این تحقیق تلاش می شود با تحلیل شیروانی ها به روش بی شاپ اصلاح شده و تلفیق آن با الگوریتم جامعه پرندگان و انتخاب مناسب متغییرهای پایداری شیروانی راه حل مناسبی جهت کاهش میزان آنالیز و همگرایی سریعتر الگوریتم ارائه گردد. روش های بهینه یابی که تا کنون مورد استفاده بوده است دارای محدودیت ها و مشکلات خاص خود میباشند، به عنوان مثال آریا و ، با استفاده از روش گرادیان مزدوج سطح لغزش غیر دایره ای بحرانی در شیروانی ها را تعیین کرده اند. در این روش نیاز به مشتق مرتبه اول تابع ضریب اطمینان میباشد که در بعضی مسائل از پیچیدگی بالایی برخوردار میباشد.  نیز از روش سیمپلکس برای یافتن سطح گسیختگی استفاده نموده است که در این روش احتمال درگیر شدن در بهینه محلی زیاد میباشد.

در سالهای اخیر ملکاوی  برای بهینه یابی سطح لغزش از روش مونت کارلو استفاده نموده اند که با توجه به مفاهیم روش بهینه یابی مونت کارلو، استفده از این روش جهت مدل سازی برای استفاده از کامپیوتر مشکل و وقت گیر می باشد.کومبی و همکارانشو محمد حسین باقری پور و احسان شاهسوندی  از الگوریتم ژنتیک برای یافتن سطح لغزش شیروانی های خاکی استفاده نموده اند، که با توجه به مفاهیم روش بهینه یابی الگوریتم ژنتیک و سرعت همگرایی این روش نسبت به روش بهینه یاب جامعه پرندگان مشکل تر و وقت گیرتر می باشد.چنگ و همکارانش از الگوریتم پرندگان جهت یافتن سطح لغزش غیر دایروی در شیروانی های خاکی استفاده  کرده اند. شویی لی از الگوریتم جامعه پرندگان جهت بهینه یابی پایداری سد آش استفاده کرده است. از الگوریتم جامعه پرندگان در بهینه یابی مسائل دیگر مهندسی نیز استفاده شده است از جمله پرز و بهدینان از الگوریتم جامعه پرندگان برای بهینه یابی مقاومت میله های مرکب استفاده نموده است. لی و همکاران برای بهینه یابی سازه هایی با اتصالات پینی از الگوریتم جامعه پرندگان استفاده نموده اند.یانگ و همکاران از الگوریتم اصلاح شده جامعه پرندگان برای انطباق مسائل دینامیکی استفاده نموده اند.

اهداف پایان نامه

در این پایان نامه جهت تحلیل شیروانی های خاکی از روش بیشاپ اصلاح شده و تلفیق آن با الگوریتم جامعه پرندگان که یکی از روش های بهینه یابی غیر کلاسیک و مدرن میباشد برای یافتن سطح لغزش بحرانی شیروانی های خاکی استفاده شده است. تلفیق روش بیشاپ و الگوریتم جامعه پرندگان باعث شده است تا بر خلاف بعضی از روش های مورد استفاده برای بهینه یابی پایداری شیروانی، دیگر در این روش نیازی به زمان زیاد جهت تکرار تحلیل مسئله نباشد و از محاسبات پیچیده ریاضیات نیز دوری نمود. این روش دارای مکانیزمی آسان جهت شبیه سازی مسئله برای استفاده از کامپیوتر و توانایی تلفیق آن با سایر روش های بهینه یابی را دارد از مزایای مهم دیگر الگوریتم جامعه پرندگان نسبت به روش های بهینه یابی فوق الذکر این است که احتمال درگیر شدن در بهینه محلی را با انتخاب متغییر ها و تعیین مناسب پارامتر های الگوریتم به شدت کاهش میدهد و با احتمال بیشتری نسبت به بسیاری از روش های بهینه یابی میتوان جواب بهینه کلی را یافت.

در این پایان نامه روشی سریع جهت بهینه سازی سطح لغزش شیروانی های خاکی با کمک الگوریتم جامعه پرندگان و روش بیشاپ اصلاح شده ارائه میگردد. بررسی ها و تحقیقات نویسندگان نشان داده است که میتوان با انتخاب مناسب تر متغییر ها و تعیین صحیح پارامترهای الگوریتم به روش جامعه پرندگان برای یافتن بهینه کلی شتاب بخشید. لذت در این تحقیق متغییرهای مرکز دایره و نقاط شروع سطح لغزش بعنوان متغییر مسئله انتخاب شده است. با تحلیل و آنالیز مسئله ، پارامترهای مناسبی برای الگوریتم تعیین نموده که انتخاب این متغییرها باعث میشود دوایر لغزش اضافی که قاطع سطح شیروانی نمیباشند تولید نشوند و مانع از تکرار اضافی برنامه جهت یافتن ضریب اطمینان حداقل گردید در نتیجه به همگرایی سریعتر الگوریتم منجر میگردد.

فصل بندی پایان نامه

  • فصل اول که فصل حاضر میباشد جهت مقدمه و توضیحات مربوط به اهداف پایان نامه آورده شده است.
  • فصل دوم که اختصاص دارد به آشنایی مفاهیم پایه ای تحلیل شیروانی های خاکی به روش های مختلف جهت انتخاب روش مناسب برای تحلیل شیروانی های خاکی در این تحقیق.
  • فصل سوم مربوط به آشنایی انواع روش های بهینه یابی کلی و روش های بهینه یابی که تا کنون برای شیروانی های خاکی استفاده شده است می باشد.
  • فصل چهارم به تشریح کامل الگوریتم جامعه پرندگان و کاربردهای آن پرداخته است و نحوه عملکرد برنامه تهیه شده در این تحقیق، که جهت تحلیل و بهینه یابی محتمل ترین سطح لغزش شیروانی های خاکی مورد استفاده قرار میگیرد را به اختصار توضیح داده است.
  • فصل پنجم به آنالیز حساسیت پارامترهای الگوریتم جامعه پرندگان و تعیین متغییرهای روش بیشاپ و حل مثالهای عملی جهت اثبات دقت و اعتبار روش پیشنهادی پرداخته که نتایج ان را به صورت نمودار و جداول در انتهای هر مثال آورده شده است.
  • فصل ششم که فصل انتهایی میباشد به نتیجه گیری کلی حاصل از نتایج روش پیشنهادی پرداخته و در انتهای فصل پیشنهاداتی جهت تحقیق برای محققان دیگر در راستای این پایان نامه آورده است

 

فهرست جدول ها

جدول(۲-۱)موقعيت مرکز دايره پاي شيرواني بحراني ۱۷
جدول (۵-۱) مقايسه نتايج تحليل مثال ۱ در تحقيق حاضر با ديگر محققان ۸۰
جدول(۵-۲)نتايج تحليل شيرواني مثال ۳ با ديگر محققان ۸۳
جدول(۵-۳)مشخصات مصالح شيرواني مثال۵ ۸۵
جدول(۵-۴)نتايج بهينه يابي الگوريتم PSO و نتايج ديگر محققان براي مثال ۵ ۸۶
جدول(۵-۵)مشخصات مکانيکي مصالح شيرواني خلکي مثال ۶ ۸۷
جدول(۵-۶) نتايج تحليل مثال ۶ به همراه نتايج ديگر محققان ۸۹

 

فهرست شکل ها

شکل(۲-۱)تحليل پايداري شيرواني در خاک همگن با >0φ ۱۲
شکل(۲-۲)نمودارهاي عدد پايداري در مقابل زاويه شيب شيرواني ۱۳
شکل(۲-۳)موقعيت مرکز دواير بحراني براي β>53˚ ۱۵
شکل (۲-۴) موقعيت مرکز دايره پاي شيرواني براي β<53˚ ۱۶
شکل(۲-۵) موقعيت دوايره عميق ۱۷
شکل(۲-۶)الف تحليل پايداري با استفاده از روش قطعه براي سطح لغزش آزمايشي ۱۸
شکل(۲-۶)ب نيروهاي موثر بر قطعه n 19
شکل(۲-۷)روش بيشاپ اصلاح شده.(الف)نيروي موثر بر قطعه n ،(ب) چند ضلعي نيروها ۲۲
شکل(۲-۸) مقدارmα(n) بر حسب (tanφ)/Fs و nα ۲۳
شکل(۲-۹)الف تحليل شيرواني خاکي به روش بيشاپ به همراه نشت دائمي آب ۲۴
شکل(۲-۹)ب نيروهاي موثر بر قطعه n ام در روش بيشاپ به همراه نشت دائمي ۲۵
شكل(۳-۱) باز تاب بدترين راٌس سيمپلکس ۳۳
شکل(۳-۲) نمايي از تابع جبري ۳۹
شكل(۳-۳) فضاي طراحي مربوط به مسئله طراحي ستون به صورت نامقيد ۴۰
شكل(۳-۴) نحوه جابجايي گره ها در يافتن سطح لغزش بهينه در روش دانكن و سلستينو ۵۰
شکل(۴-۱) نحوه تاثير روابط PSO بر حرکت ذره ۶۰
شکل(۴-۳) مشخصات هندسي دايره لغزش در برنامه PSOSLOPE 66
شکل(۴-۴) نحوه وارد نمودن وروديهاي برنامه PSOSLOPE 66
شکل(۴-۵) خروجي نتايج برنامه PSOSLOPE 67
شکل (۵-۱٫الف)شيرواني با مشخصات هندسي ۷۳
شکل(۵-۱٫ب) نمودار نسبت w (تابع وزن اينرسي) به تعدادتکرار الگوريتمPSO 74
شکل (۵-۲) الف نمودار تاثير c1,c2 عوامل يادگيري در مقابل تعداد تکرار تحليل شيرواني ۷۵
شکل (۵-۲)ب نمودار تاثير c1,c2 عوامل يادگيري در مقابل ضريب اطمينان ۷۵
شکل(۵-۳)الف نمودار تاثير تعداد ذرات در مقابل زمان کل بهينهيابي ۷۶
شکل(۵-۳)ب نمودار تاثير تعداد ذرات به مقدار Fs 76
شکل(۵-۴)تعيين محدوده متغييرهاي دايره لغزش در شيرواني خاکي ۷۷
شکل (۵-۵) شيرواني خاکي با شيب ملايم ۵/۱ :۱ ۷۸
شکل(۵-۶)الف نسبت تکرار روند حل به ضريب اطمينانFs 78
شکل (۵-۶)ب نمايي از دواير لغزش آزمايشي ۷۹
شکل(۵-۷)موقعيت دايره لغزش در مثال ۱ ۷۹
جدول (۵-۱) مقايسه نتايج تحليل مثال ۱ در تحقيق حاضر با ديگر محققان ۸۰
شکل(۵-۸) مقايسه مختصات محل لغزش در روش الگوريتم GA با تحقيق حاضر ۸۰
شکل(۵-۹٫الف)موقعيت دايره لغزش در مثال ۲ ۸۱
شکل(۵-۱۰٫ب) نمودار تعداد تکرار الگوريتم نسبت به ضريب اطمينان Fs براي مثال ۲ ۸۱
شکل(۵-۱۱) مشخصات شيرواني همگن مثال ۳ ۸۲
شکل(۵-۱۲) سرعت همگرايي الگوريتم PSO براي مثال ۳ ۸۲
شکل(۵-۱۳)موقعيت دايره لغزش در مثال ۳ ۸۳
شکل(۵-۱۴) مقايسه مشخصات هندسي دايره لغزش در دو الگوريتم GA و PSO 84
شکل(۵-۱۵) تاثير نشت آب بر موقعيت دايره لغزش و ضريب اطمينانFs 84
شکل(۵-۱۶) مشخصات هندسي شيرواني مثال ۵ ۸۵
شکل (۵-۱۷) مشخصات هندسي سطح لغزش بحراني با استفاده از الگوريتم PSO 86
شکل(۵-۱۸)نمودار تکرار الگوريتم نسبت به ضريب اطمينان Fs 87
شکل(۵-۱۹)مشخصات هندسي شيرواني خاکي مثال ۶ ۸۸
شکل(۵-۲۰) نمايش سرعت همگرايي الگوريتمPSO براي مثال ۶ ۸۸
شکل(۵-۲۱)مشخصات هندسي سطح لغزش شيرواني خاکي مثال ۶ ۸۹
شکل(۵-۲۲)مشخصات هندسي دايره لغزش در مثال ۶ جهت مقايسه دو روش PSO و GA 90

مراحل خرید فایل دانلودی
اگر محصول را می پسندید لطفا آنرا به اشتراک بگذارید.

دیدگاهی بنویسید

0