شبيه سازي فشار پيزومتريك در بدنه سد با شبكه ANN

شبيه سازي فشار پيزومتريك در بدنه سد با شبكه ANN

دسته: مهندسي عمران
بازديد: 10 بار
فرمت فايل: doc
حجم فايل: 2927 كيلوبايت
تعداد صفحات فايل: 138

هدف از اين پايان نامه شبيه سازي فشار پيزومتريك در بدنه سد با شبكه ANN مي باشد

قيمت فايل فقط 149,000 تومان



دانلود پروپوزال پايان نامه كارشناسي ارشد در مهندسي عمران

پيش بيني تراوش در سد خاكي با مدل شبكه عصبي

چكيده

سدها همواره از سازه هاي زير بنايي شمرده مي‌شوند و داراي ارزش حياتي مي باشند. در گذشته ايجاد سد عمدتاً با اهداف تأمين آب آشاميدني و آبياري مزارع كشاورزي بوده ولي امروز به دليل نياز به انرژي برق آبي و اهداف ديگر توسعه بيشتري يافته است. برآورد ميزان ۲۰ ميليارد متر مكعب برداشت از آب‌هاي شيرين جهان خود دليلي بر اهميت سد سازي در دنياي امروز است.  از اين رو، بررسي و جلوگيري از خرابي سدها از اهميت ويژه اي برخوردار است.

 اگرچه در گذشته پديده روگذري، اولين دليل تخريب سدها بوده است اما امروزه با افزايش دوره طراحي سيلاب، عمده ترين مشكلي كه توجه مهندسان را به خود جلب كرده است، مسئله تراوش است. وجود تراوش در سدهاي خاكي غير قابل اجتناب است، اما اگر شرايط مناسبي براي فرسايش خاك وجود داشته باشد، موجب شسته شدن نقاط مستعد گرديده و چنانچه در ابتداي بروز فرسايش اقدامات لازم صورت نگيرد، به تخريب سد منجر مي شود. اصولاً بروز تراوش در سدهاي خاكي امري اجتناب ناپذير است. اما مي بايست تراوش طوري مهار شود تا در مدت 50 الي 100 سال بهره برداري سد، نتواند به پايداري و ايمني سد لطمه اي بزند. با وجود تمام پيشرفت هايي صورت گرفته در علم مهندسي ژئوتكنيك، معضل تراوش تا به امروز اصلي ترين مشكلي است كه در سدها بروز مي كند.

در اين تحقيق تلاش شد با به كارگيري شبكه عصبي مصنوعي به عنوان يكي از قويترين و معروف-ترين روش هاي داده كاوي به پيش بيني تراوش از بدنه سد  خاكي "ستارخان" پرداخته شود. جهت تحقق به اين هدف، از مجموعه داده اي شامل 1684 داده پيزومتري استفاده شد. مجموعه داده به دو بخش آموزش و صحت سنجي با نسبت 80 به 20 تفكيك شدند. به كارگيري پارامترهاي آماري مناسب و كاربردي نشان داد شبكه ارائه شده به خوبي آموزش ديده است و قابليت بالايي در پيش بيني پديده تراوش دارد. بررسي جامع آمار خرابي در سدها، علل مختلف خرابي سدهاي خاكي و شناخت پديده تراوش به عنوان مهمترين علل خرابي سدهاي خاكي از ديگر بخش هاي مهم اين تحقيق مي باشند. 

كلمات كليدي:

تراوش

داده كاوي

آمار سدسازي

سدهاي خاكي

علل خرابي سدها

شبكه عصبي مصنوعي

مقدمه

كشور ايران بروي كمربند خشك كره زمين قرار دارد. متوسط بارندگي در ايران در حدود يك سوم بارندگي جهان و كمتر از يك دوم متوسط بارندگي آسيا مي‌باشد؛ لذا اهميت برنامه ريزي و مديريت استفاده از منابع موجود آب امري حياتي محسوب مي‌شود. از اين رو، شرايط اقليمي كشور و نياز آن به احداث سازه هاي ذخيره آب، احداث سدها را در دستور كار برنامه  ريزان قرار داده است كه به عنوان سازه هاي مهاركننده آب‌هاي سطحي و كنترل سيلاب امكان استفاده بيشتر از آب رودخانه ها را فراهم مي نمايند. مهار سيلاب ها و آب‌هاي جاري به كمك احداث سد از امور زيربنائي در رشد و توسعه هر كشور از جمله ايران به شمار مي آيد.

در گذشته ايجاد سد عمدتاً با اهداف تأمين آب آشاميدني و آبياري مزارع كشاورزي بوده ولي امروز به دليل نياز به انرژي برق آبي و اهداف ديگر توسعه بيشتري يافته است. برآورد ميزان ۲۰ ميليارد متر مكعب برداشت از آب‌هاي شيرين جهان خود دليلي بر اهميت سد سازي در دنياي امروز است. يكي ديگر از اهداف مهم سد سازي بهبود و توسعه شبكه آبياري و كشاورزي زمين هاي پايين دست است. در كشورهايي مانند ايران كه پراكندگي زماني و مكاني بارندگي ها نامناسب است و ريزش هاي جوي در فصولي صورت مي گيرد كه شايد نياز كمتري به آب باشد و يا قسمت اعظم نزولات در برخي مناطق متمركز است، تنها راه چاره و مقابله با اين مسئله احداث سد مي-باشد و اين امر به خصوص در كشورهاي كه متكي به كشاورزي هستند اجتناب ناپذير است. احداث سد، كسب و كار و درآمد ملي به همراه دارد. در زمان حاضر شبكه هاي آبياري وتامين آب كشاورزي در ايران باعث توسعه، بهبود و رونق اقتصادي مناطق شده است. يكي ديگر از اهداف عمده سد سازي استفاده از نيروي الكتريسيته است. 

استفاده از اين منبع كه ارزان ترين نوع انرژي در اغلب كشورهاي دنياست، بسته به نياز و ويژگي هاي ساختماني، اهداف متفاوتي دارد. امروزه احداث سد با هدف توليد برق آبي يك امر متداول بوده و كشورهاي پيشرفته و حتي در حال رشد كمال استفاده را از اين پتانسيل موجود مي برند.

در صورت عدم توجه به شرايط ساختگاهي و ناكافي بودن مطالعات، خطر وقوع خرابي، سد را تهديد مي كند. مطالعه آماري خرابي در سدهاي خراب شده با توجه به وجود شباهاتي در شرايط، امكان ارائه راهكارهاي مناسب در طراحي سدها توسط مهندسين را فراهم مي كند. خرابي در سدها به اشكال مختلفي ديده مي شود، شايع ترين علت شكت سدها خصوصاً در سال هاي اخير فرسايش در اثر تراوش و يا رگاب بوده است. اصولاً بروز تراوش در سدهاي خاكي امري اجتناب ناپذير است. اما مي بايست تراوش طوري مهار شود تا در مدت 50 الي 100 سال بهره برداري سد، نتواند به پايداري و ايمني سد لطمه اي بزند. با وجود تمام پيشرفت هايي صورت گرفته در علم مهندسي ژئوتكنيك، معضل تراوش تا به امروز اصلي ترين مشكلي است كه در سدها بروز مي كند. 

فهرست مطالب

چكيده

فصل اول: كليات 1

1-1- مقدمه 2

1-2- بيان مسئله 3

1-3- اهيمت و ضرورت تحقيق 5

1-4- متغييرهاي تحقيق 8

1-5- متغييرهاي تحقيق 8

1-5-1- هدف اصلي(كلي) تحقيق 8

1-5-2- اهداف فرعي(اختصاصي) 8

1-6- سوال هاي تحقيق 9

1-6-1- سوال اصلي تحقيق: 9

1-6-2- سوال هاي فرعي(ويژه) 9

1-7- فرضيه هاي تحقيق 9

1-8- تعريف واژه ها و اصطلاحات فني و تخصصي ( به صورت مفهومي و عملياتي) 10

1-8-1- تعاريف مفهومي 10

1-8-2- تعاريف عملياتي 11

1-9- محدوديت هاي تحقيق 11

فصل دوم:مباني نظري و پيشينه تحقيق 12

2-1- تئوري پديده تراوش 13

2-1-1- مقدمه 13

2-1-2- جريان در محيط‌هاي متخلخل 13

2-1-3- تراوش حالت پايدار ايزوتروپيك ناهمگن 17

2-1-4- تراوش حالت پايدار، غير ايزوتروپيك و ناهمگن 18

2-1-5- جريان يك بعدي 19

2-1-6- قانون دارسي در خاك‌هاي غيراشباع 21

2-1-7- ضريب نفوذپذيري خاك‌هاي غيراشباع 23

2-1-8- شرايط مرزي در مسائل آناليز تراوش 26

مرز نفوذپذير 27

2-1-8-1- ورودي‌ها و خروجي‌ها 27

2-1-8-2- سطح تراوش 28

2-1-8-3- خط تراوش 28

2-2- آمار سدسازي در كشورهاي مختلف 28

2-2-1- خرابي سدها 31

2-2-2- آمار خرابي سدها 35

2-2-3- آمار دلايل مختلف خرابي سدها 41

2-2-4- علل افزايش تراوش 46

2-2-5- حجم مجاز و قابل قبول تراوش 48

2-2-6- عواقب سوء تراوش 51

2-3- مظالعات اخير در زمينه تراوش 54

2-3-1- مطالعه اِرسايين(2006( 54

2-3-2- مطالعه مي آ او و همكاران(2012) 56

2-3-3- مطالعه نوراني و همكاران(2012) 56

2-3-4- مطالعه پوركريمي و همكاران(2013) 57

2-3-5- مطالعه كمان به دست و دلواري(2013) 58

فصل 3: روش تحقيق 60

3-1- شبكه‌هاي عصبي مصنوعي 61

3-1-1- مقدمه 61

3-1-2- مدل رياضي شبكه‌هاي عصبي 64

3-1-2-1- نرون 64

3-1-2-2- لايه‌هاي چند نروني 67

3-1-3- شبكه‌هاي چند لايه 67

3-1-3-1- توابع محرك (تابع تبديل) 69

3-1-4- آموزش شبكه و تنظيم پارامترها 72

3-2- سيستم استنتاج عصبي- فازي تطبيق پذير (ANFIS) 73

3-2-1- تاريخچه منطق فازي 74

3-2-2- انواع سامانه‌هاي فازي 76

3-2-3- ساختار سامانه‌هاي فازي 77

3-2-4- سامانه عصبي- فازي‌ 80

3-3- معرفي سد ستارخان و بررسي داده هاي ابزار دقيق آن 82

3-3-1- مقدمه 82

3-3-2- موقعيت پروژه 83

3-3-3- مشخصات كلي پروژه 84

3-3-4- مصالح مورد استفاده در بدنه سد 85

3-3-4-1- مصالح مورد استفاده در هسته آب بند 85

3-3-4-2- مصالح مورد استفاده در لايه هاي فيلتر 85

3-3-4-3- مصالح مورد استفاده در لايه هاي زهكش 85

3-3-4-4- مصالح مورد استفاده در پوسته سنگريزه اي 86

3-3-4-5- مصالح مورد استفاده در لايه محافظ شيب هاي سراب و پاياب سد 86

3-3-5- ويژگي هاي زمين شناسي و ژئوتكنيكي ساختگاه سد ستارخان 87

3-3-5-1- زمين شناسي 87

3-3-5-2- ژئوتكنيك ساختگاه سد 88

3-3-5-3- سنگ تكيه گاه ها و زير آبرفت 89

3-3-5-4- آبرفت پي 89

3-4- مطالعات ژئوتكنيك مرحله دوم 90

3-5- آببندي سد توسط پرده هاي آب بند بتن خميري 92

3-6- ابزاربندي 93

3-6-1- پيزومترهاي لوله باز 95

3-6-2- پيزومترهاي تار (سيم) مرتعش 95

3-7- بررسي داده هاي ابزاردقيق در بدنه سد ستارخان 98

فصل 4:نتايج تحقيق 99

4-1- مقدمه 100

4-2- مجموعه داده‌ها 100

4-3- ساختار مدل شبكه عصبي پيشنهادي 102

4-4- ارزيابي و مقايسه عملكرد مدل‌ پيشنهادي 106

4-5- جمع بندي و نتيجه گيري 118

فصل 5:بحث، نتيجه گيري و پيشنهادها 119

5-1- مقدمه 120

5-2- نتايج 120

5-3- پيشنهادها 121

فهرست اشكال

شكل (2-1) عبور جريان در خاك هاي غير اشباع 15

شكل (2-2) تغييرات ضريب نفوذپذيري در يك خاك غير اشباع 18

شكل (2-3) تعادل استاتيكي و شرايط جريان رژيم پايدار در ناحيه با فشارهاي حفرهاي منفي 21

شكل (2-4) بررسي آزمايشگاهي قانون دارسي براي جريان آب در خاك‌هاي غيراشباع 23

شكل (2-5) مراحل غيراشباع شدن خاك بر اثر خروج تدريجي آب و كاهش درجه اشباع به جهت افزايش مكش ماتريك 24

شكل (2-6) اثر مكش ماتريك بر روي درجه اشباع 25

شكل (2-7) تغييرات ضريب نفوذپذيري و درصد رطوبت نسبت به مكش ماتريك 25

شكل (2-8) تغييرات ضريب نفوذپذيري بر حسب درصد رطوبت 26

شكل (2-9) مثال‌هايي از شرايط مرزي 27

شكل (2-10) مقايسه سدهاي خاكي ساخته شده در هفت كشور دنيا(ICOLD, 2008) 29

شكل (2-11) مقايسه سدهاي سنگريزهاي ساخته شده در هفت كشور دنيا(ICOLD, 2008) 30

شكل (2-12) مقايسه سدهاي وزني ساخته شده در هفت كشور دنيا(ICOLD, 2008) 30

شكل (2-13) آمار سدهاي ساخته شده در ايران(ICOLD, 2008) 31

شكل (2-14) تعداد موارد تخريب يا آسيب سدها در كشوهاي مختلف (ICOLD, 2008) 36

شكل (2-15) تعداد موارد تخريب يا آسيب در سدهاي ثبت شده در ICOLD 37

شكل (2-16) درصد موارد تخريب يا آسيب در سدهاي ثبت شده در ICOLD 37

شكل (2-17) توزيع تعداد موارد تخريب يا آسيب نسبت به نوع پي در سدهاي ثبت شده در ICOLD 38

شكل (2-18) توزيع درصد موارد تخريب يا آسيب نسبت به نوع پي در سدهاي ثبت شده در ICOLD 39

شكل (2-19) توزيع تعداد نوع تخريب يا آسيب وارده در سدهاي ثبت شده در ICOLD 40

شكل (2-20) توزيع درصد نوع تخريب يا آسيب وارده در سدهاي ثبت شده در ICOLD 40

شكل (2-21) آمار خرابي در سدها ناشي از علل مختلف توسط ميدل بروك 43

شكل (2-22) آمار خرابي در سدها ناشي از علل مختلف توسط گرونر 43

شكل (2-23) آمار خرابي در سدها ناشي از علل مختلف توسط  تاكاسي 44

شكل (2-24) آمار خرابي در سدها ناشي از علل مختلف توسط باب 44

شكل (2-25) آمار خرابي در سدها ناشي از علل مختلف توسط USCOLD (2008) 45

شكل (2-26) آمار خرابي در سدها ناشي از علل مختلف 45

شكل (3-1) نواحي اصلي يك سلول عصبي بيولوژيك 63

شكل (3-2) شماي يك نرون حسي 63

شكل (3-3) مدل نرون تك ورودي 65

شكل (3-4) مدل نرون با n ورودي را به همراه تابع تبديل آن 66

شكل (3-5) مدل شبكه‌اي با يك لايه‌ي پنهان با S نرون و R ورودي 68

شكل (3-6) مدل شبكه‌اي با سه لايه‌ي پنهان به همراه R ورودي 68

شكل (3-7) نمودار تابع محرك خطي 69

شكل (3-8) نمودار تابع محرك آستانه‌اي دو مقداره حدي 70

شكل (3-9) نمودار تابع محرك زيگموئيد 71

شكل (3-10) نمودار تابع محرك تانژانت هيپربوليكي 71

شكل (3-11) ساختار كلي يك سامانه استنتاج فازي 78

شكل (3-12) تعدادي از نمودارهاي توابع عضويت مجموعه-هاي فازي 79

شكل (3-13) نمايي كلي از سد ستارخان 82

شكل (3-14) نقشه موقعيت سد ستارخان 83

شكل (3-15) نمايي از مرتفع ترين مقطع سد ستارخان 84

شكل (3-16) نماي شماتيك مقطع 170+0 97

شكل (3-17) نماي شماتيك مقطع 320+0 97

شكل (4-1) پراكندگي مقادير فشار پيزومتريك داده هاي آموزش 113

شكل (4-2) پراكندگي مقادير فشار پيزومتريك داده هاي آزمون 114

شكل (4-3) نمودار احتمال تجمعي مقادير α 115

شكل (4-4) نمودار توزيع نرمال مقادير α (a) آموزش  (b) آزمون 116

شكل (4-5) هيستوگرام مقادير α   (a) آموزش   (b) آزمون 117

فهرست جداول

جدول (2-1) حجم تراوش، ميزان خسارات و اقدامات اصلاحي در بعضي از سدها 49

جدول (2-2) توابع فعاليت بكار رفته در مطالعه ارسايين 55

جدول (4-1) پارامترهاي آماري مربوط به داده‌هاي آموزش و آزمون 104

جدول (4-2) وزن هاي ارتباطي مدل ANN 105

جدول (4-3) ثابت‌هاي مدل ANN 105

جدول (4-4) تعريف پارامترهاي آماري 107

جدول (4-5) ارزيابي عملكرد مدل‌هاي پيشنهاد شده توسط پارامترهاي آماري براي دسته هاي مختلف داده‌هاي آموزش 107

جدول (4-6) ارزيابي عملكرد مدل پيشنهادشده توسط پارامترهاي آماري براي داده‌هاي آزمون 118

قيمت فايل فقط 149,000 تومان



برچسب ها : شبيه سازي فشار پيزومتريك در بدنه سد با شبكه ANN , شبيه سازي فشار پيزومتريك در بدنه سد , پيش بيني تراوش از بدنه سد خاكي , پيش بيني تراوش از بدنه سدهاي خاكي با داده كاوي , بكارگيري داده كاوي در پيش بيني تراوش از بدنه سد خاكي , بررسي فشار پيزومتريك در بدنه سد , پيش بيني تراوش از بدنه سد خاكي , دانلود پايان نامه ارشدداده كاوي , دانلود پايان نامه داده كاوي