دانلود فایل - تحقیق کامل

متن کامل پایان نامه را در سایت منبع fuka.ir می توانید ببینیدبا 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 2تاگیو، 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. 3نگوین 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 ملکاویبرای 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 همکارانش و 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.
1-2- اهداف پایان نامهدر 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.
1-3- فصل بندی پایان نامهفصل 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.
--------------------------------------------------- نکته مهم : هنگام انتقال متون از فایل ورد به داخل سایت بعضی از فرمول ها و اشکال (تصاویر) درج نمی شود یا به هم ریخته می شود یا به صورت کد نمایش داده می شود ولی در سایت می توانید فایل اصلی را با فرمت ورد به صورت کاملا خوانا خریداری کنید: سایت مرجع پایان نامه ها (خرید و دانلود با امکان دانلود رایگان نمونه ها) : elmyar.net --------------------------------------------------- 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
فصل دومپیشینه پژوهش

2-1- مقدمهیکی از مهمترین و در عین حال مشکلترین مباحث مکانیک خاک مسئله پایداری شیروانیها است. لغزشهای زمین در شرایط بسیار متفاوتی به وقوع می پیوندد. این لغزشها ممکن است شیبهای طبیعی را عارض شود یا موجب به هم خوردن پایداری شیروانیهای حاصل عمل انسان گردد. وقوع این لغزشها ممکن است یکباره صورت گیرد و یا چندین ماه و حتی سالها به طول انجامد. پایداری شیروانیها همواره از موضوعات مورد علاقه در میان مهندسین ژنوتکنیک بوده است، اهمیت این موضوع وقتی بیشتر اشکار میگردد که لغزش یک شیروانی باعث خسارات عظیم جبران ناپذیری گردد. تا به امروز روشهای زیادی برای تحلیل و آنالیز پایداری شیروانیها ارائه شده است از جمله این روشها میتوان به روشهای فلیتیوس، بیشاپ یا تایلور و …. اشاره نمود که تفاوت این روشها در اعمال معادلات تعادل میباشد. فصل حاضر جهت آشنایی با مفاهیم اصلی پایداری شیروانیها و انتخاب روش مناسب برای تحلیل شیروانیهای خاکی و تلفیق آن با الگوریتم بهینهیاب مناسب که در فصلهای بعدی توضیح داده میشود آورده شده است. در این پایاننامه به علت کاربردی، ساده و مورد اطمینان بودن روش بیشاپ اصلاح شده از این روش جهت تحلیل پایداری شیروانیها و یافتن ضریب اطمینان استفاده میشود.
2-2- تعریف شیروانی خاکیبه تودههای خاکی که نسبت به سطح افق به صورت شیبدار ایستاده باشند شیروانی خاکی میگویند. این شیروانیها ممکن است طبیعی یا مصنوعی باشند. اصولاً ممکن است در اثر عواملی چون وزن خاک، وجود آب، تأثیر بارهای خارجی، کاهش عوامل مقاومت و پارهای عوامل دیگر، به صورت یک گسیختگی فرو ریزد. لغزش شیروانی هنگامی اتفاق میافتد که نیروهای رانش ناشی از وزن شیروانی بر نیروهای مقاومت ناشی از مقاومت برشی خاک در سطح لغزش غلبه نماید[15]. اغلب پایداری یک شیب توسط ضریب اطمینان آن در مقابل چنین گسیختگی اندازه گیری می شود.
شیروانی طبیعی: معمولا به صورت شیب های طبیعی با طول زیاد در طبیعت وجود دارند.
شیروانی مصنوعی: ساخته دست بشر هستند و ممکن است در اثر خاکریزی یا ترانشه زنی ایجاد شده باشند.
به طور کلی، انواع جابجایی(گسیختگی) خاک را در شیروانیها میتوان به دو گروه زیر تقسیم نمود:
الف) لغزندگی با سطح گسیختگی منحنی
ب) لغزندگی با سطح گسیختگی مستوی
شکل سطح لغزش در شیروانیهای نامحدود، تقریباً مستوی است و در صورتی که سطح لغزش منحنی باشد، مقطع آن دایره و گاهی منحنی لگاریتمی خواهد بود. هم چنین ممکن است این سطح را مجموعهای از چند منحنی و خطوط مستوی دانست. منحنی مشخصی که برای سطح لغزش تصویر میشود، معمولاً با آنچه که در عمل وجود دارد متفاوت است، هر چند اختلاف این دو تا حدی نیست که درصد خطای حاصل در نتایج بررسی قابل اغماض نباشد. گاهی نوع خاصی از محاسبه ایجاب میکند که منحنی مخصوصی برای لغزش در نظر گرفته شود. هنگامی که شکل و منحنی سطح لغزش معلوم باشد، میتواند مقاومت برش خاک را محاسبه نمود. به دلایل ذکر شده در این فصل و فصول بعدی، در این تحقیق برای یافتن سطح لغزش دایروی توسط الگوریتم بهینه یاب جامعه پرندگان برای جستجوی سطح لغزش و روش بیشاپ اصلاح شده جهت تحلیل شیروانی، استفاده شده است.
2-3- تحلیل شیروانی محدود
درصورتی که ارتفاع بحرانی شیروانی Hcr معادل ارتفاع خود شیروانی باشد، برای تحلیل آن از روش تحلیل شیروانی محدود استفاده میشود. اگر خاک دارای چسبندگی و اصطکاک به طور تواٌم باشد، عمق بحرانی سطح لغزش که امتداد آن، حالت آستانه لغزش وجود دارد، با قرار دادن Fs=1 در رابطه ( 2-1) Hcr H= در رابطه (2-2 )به دست می آید.
(2-1)
(2-2)
در روابط بالا Fs ضریب اطمینان، C چسبندگی خاک، φزاویه اصطکاک بین دانههای خاک، H ارتفاع شیروانی، γ وزن مخصوص خاک، β زاویه شیب شیروانی است.
در تحلیل پایداری شیروانی محدود، لازم است که یک سطح لغزش فرض شود و ضریب اطمینان نسبت به سطح لغزش فرضی مشخص گردد. این سطح، بنا به شواهد متعدد، منحنی است و یک گروه سوئدی آن را قسمت از دایره معرفی کرده است[15]. لذا برای تحلیل پایداری شیروانیهای خاکی که دارای شکل مشخص و ترکیب مصالح و لایهای متنوعاند، به رغم روشهای متفاوتی که ابداع شده است اکثر محققان فرض سطح دایرهای را مبنا قرار میدهند. اگر در شیروانی مورد نظر، قسمتهایی از شیب دارای درزه و ترک یا سطوح ضعیف لایه بندی داشته باشد، می تواند سطح لغزش را صفحهای در نظر گرفت. برای خاک بدون لایه ضعیف و بدون درزه و ترک، قوس دایره مناسب تر از لغزش صفحه ای میباشد.
2-4- تحلیل شیروانی محدود با سطح لغزش دایره ای:
در این نوع شیروانیها، معمولاً لغزش به حالتهای زیر اتفاق می افتد:
1- سطح لغزش، شیروانی را در پای شیب یا بالای آن قطع میکند. به این نوع لغزش، لغزش دامنه گفته می شود.
2- سطح لغزش در پایین دست پای شیب، زمین را قطع میکند. به این نوع لغزش، لغزش عمیق (لغزش پایه) گفته میشود.
برای تحلیل لغزشهای دایرهای، از روش توده، قطعه و بیشاپ استفاده میشود که بررسی این روشها در زیر آمده است:
2-4-1- روش توده برای تحلیل پایداری شیروانی با سطح لغزش دایرهای:
روش توده وقتی مفید است که بتوان خاک را همگن فرض نمود، که برای آن میتوان دو حالت در نظر گرفت:
الف) شیروانی در خاک رس و
ب) شیروانی در خاک همگن با
روش توده برای تحلیل پایداری شیروانی خاک رس با:
در خاک رس با مقاومت برشی برابر با چسبندگی حالت زهکشی نشده خواهد بود، که در این صورت با توجه به شکل(2-1) میتوان با لنگرگیری، ضریب اطمینان را به دست آورد.

شکل(2-1)تحلیل پایداری شیروانی در خاک همگن با >0φدر شکل (2-1) L1 بازوی لنگر برای وزن توده محرک، L2 بازوی لنگر برای وزن توده مقاوم، W1,W2 را میتوان با ضرب مساحت توده در وزن مخصوص خاک بدست آورد.
(2-3)
در روابط τ مقاومت برشی، σ تنش قائم بر سطح، uφ زاویه اصطکاک بسیج شده، Cu چسبندگی بسیج شده.
لنگر واژگونی نسبت به نقطۀ o با استفاده از شکل (2-1) برابر خواهد شد:
(2-4)
لنگر مقاوم بصورت زیر محاسبه میشود:
(2-5)
(2-6)
در نتیجه ضریب اطمینان برابر رابطه (2-7) خواهد بود:
(2-7)
برای بحرانیترین سطح لغزش، FS حداقل مقدار را خواهد داشت. برای تعیین این سطح بحرانی، باید دایرههای متعددی رسم و حداقل ضریب اطمینان آن ها را به دست آورد .
رابطه Cd=γHm برای رس اشباع و در شرایط چسبندگی بسیج شده زهکشی نشده، صادق است. m عددی بدون بعد بوده و مرسوم به عدد پایداری (SN) است. مقدار m برای زوایای مختلف β از گراف شکل (2-2) تعیین می شود.

شکل(2-2)نمودارهای عدد پایداری در مقابل زاویه شیب شیروانی
پس از تعیین Cd ضریب اطمینان برابر خواهد بود با رابطه(2-6) :
(2-8)
برای استفاده از گرافهای شکل(2-2) باید به نکات زیر توجه شود:
1- تابع عمق برابر است با:
(2-9)
که در این جا، Dhفاصله قائم از بالای شیروانی تا لایه سخت و H ارتفاع شیروانی می باشد.
2- برای شیب های β>53˚ دایره بحرانی همواره یک دایره پای شیروانی است. مرکز دایره بحرانی را در این حالت می توان با استفاده از گراف شکل(2-3) تعیین نمود. این گراف به ازای زاویه β(زاویه شیب شیروانی)، زاویه α وθ را می دهد. با مشخص شدن α وتر مربوط به آن رسم شده و با معلوم بودن زاویه مرکزی قوسθ می توان R را محاسبه کرد. مراحل این روش در شکل(2-3) دیده می شود. از روی شکل (2-3) می توان نوشت:
(2-10)
شعاع دایره برابر خواهد بود با:
(2-11)
(2-12)
در روابط بالا طول بین دو نقطه AوB است. θ زاویه داخلی دایره لغزش،R شعاع دایره لغزش میباشندکه تمامی موارد ذکر شده در شکل (2-1) نشان داده شده است.

شکل(2-3)موقعیت مرکز دوایر بحرانی برای β>53˚ اگر روی نیمساز وتر AB، OH را جدا کنیم، مرکز دوران تعیین میشود. به طور کلی، در این حالت با معلوم بودن βمیتوان عدد m را از شکل(2-2) به دست آورد و با توجه به آن ضریب اطمینان را تعیین کرد.
3- برای شیب های β>53˚ دایره بحرانی می تواند با توجه به تابع عمق یک دایره پای شیروانی یا عمیق باشد. در این حالت، از سمت چپ شکل(2-2) که اعداد مندرج در آن تابع عمق را نشان می دهند استفاده خواهد شد. در این حالت، وقتی دایره بحرانی یک دایره عمیق باشد، با مشخص کردن m از شکل (2-2) می توان محل خاتمه دایره را مشخص کرد و اگر دایره بحرانی، دایره پای شیروانی باشد، می توان موقعیت آن را براساس جدول(2-1) و شکل(2-4) تعیین نمود.
با استفاده از جدول(2-1)، α1 وα2 تعیین و دو خط با زاویه α1 وα2 به شرح شکل(2-4) ترسیم میشود تا مرکز دوران به دست آید.

شکل (2-4) موقعیت مرکز دایره پای شیروانی برای β<53˚به مرکزیت مرکز دوران، دایرههایی با شعاعهای مختلف ترسیم و برای هرکدام ضریب اطمینان تعیین میگردد. براساس توصیه تیلور، بحرانی ترین دایره از پای شیروانی میگذرد و کمترین ضریب اطمینان را خواهد داشت.

شکل(2-5) موقعیت دوایر عمیقجدول(2-1)موقعیت مرکز دایره پای شیروانی بحرانی
37 28 45 1
35 26 68/33 5/1
35 25 57/26 2
35 25 43/18 3
37 25 32/11 5
2-4-2- تحلیل پایداری شیروانی با روش قطعه:
برای تشریح تحلیل پایداری شیروانیهای خاکی با استفاده از روش قطعه، شکل (2-6)الف که در آن سطح لغزش توسط کمان دایرهای AC نشان داده شده، استفاده میشود. توده خاک واقع در بالای سطح لغزش به قطعات قائم متعددی تقسیم میشود که لزوماَ نیازی نیست عرض این قطعات مساوی باشد. با فرض ضخامت واحد برای هرقطعه در امتداد عمود بر کاغذ، نیروی موثر بر یک قطعه (قطعه شماره n) در شکل (2-6)ب نشان داده شده است.Wn وزن قطعه است. نیروهایNr و Tr به ترتیب، مولفه قائم و مماسی واکنش R میباشد. Pnو Pn+1 نیروهای قائم و Tn و Tn+1 نیروهای برشی موثر بر سطوح جانبی قطعات هستند. برای سهولت اثر فشار آب حفرهای در نظر گرفته نشده. تعیین نیروهای Pnو Pn+1 و Tn و Tn+1 مشکل است، لیکن میتوان فرض نمود که برآیند نیروهای Pn و Tn و برآیند Pn+1 و Tn+1 با یکدیگر هم امتداد، هم مقدار و مختلف الجهت هستند و در نتیجه یکدیگر را خنثی مینمایند.

شکل(2-6)الف تحلیل پایداری با استفاده از روش قطعه برای سطح لغزش آزمایشی

شکل(2-6)ب نیروهای موثر بر قطعه nبا در نظر گرفتن تعادل نیروها در امتداد قائم قطعه شکل (2-6)ب داریم:
(2-13) n α Nr=Wn cos
نیروی برشی مقاوم در قاعده قطعه برابر است با:
(2-14)
در رابطه فوق تنش قائم σ برابر است با:
(2-15)
برای تعادل گوه ABC در شکل(2-6)الف، مجموع لنگر نیروهای رانش نسبت به نقطه o، باید مساوی مجموع لنگر نیروی مقاوم نسبت به همان نقطه باشد، داریم:
(2-16)
(2-17)
توجه شود که در رابطه فوق،Ln∆ تقریباَ مساوی (bn)/(cosαn) میباشد که در آن bn مساوی عرض قطعه است. هم چنین مقدارαn ممکن است مثبت یا منفی شود. αn برای قطعاتی مثبت است که شیب سطح آنها هم جهت با شیب شیروانی باشد.

پاسخ دهید