تراوش، اشباع، خاک، خاکی، داده‌ها،، سد

بروز میکند.
داده کاوی عبارت است از اقتباس یا استخراج دانش از مجموعهای داده، به بیان دیگر فرآیندی است که با استفاده از تکنیکهای هوشمند، دانش را از مجموعهای داده استخراج میکند، به عبارت کشف الگوی پنهان از داخل مجموعه وسیع داده میباشد. دادهکاوی دارای مراحلی مانند پاکسازی داده‌ها، یکپارچه سازی داده‌ها، انتخاب داده‌ها، تبدیل داده‌ها، ارزیابی الگوهای پنهان و بازیابی دانش میباشد. دادهکاوی دارای روش‌های مختلفی را از جمله، شبکههای عصبی مصنوعی، فازی، شبکههای عصبی-فازی تلفیقی، درخت تصمیمگیری و … شامل میشود. در ادامه توضیحات مختصری از روش شبکه عصبی مصنوعی به عنوان روش استفاده در این تحقیق میآید.
شبکههای عصبی مصنوعی (ANN) یکی از قدیمیترین روشهای داده کاوی میباشند. در سال‌های اخیر کاربرد شبکه‌های عصبی مصنوعی در بسیاری از زمینه‌های مهندسی، گسترش یافته‌اند. به خصوص ANNs برای حل بسیاری از مسائل مهندسی ژئوتکنیک بکار گرفته شده‌اند و عملکرد قابل قبولی از خود نشان داده‌اند. مروری بر ادبیات فنی نشان می‌دهد ANNs به طور موفقیت آمیز در پیش بینی ظرفیت باربری شمع‌ها، مدل‌سازی رفتار خاک، مشخصات یابی سایت، سازه‌های نگه‌دارنده زمین، نشست سازه‌ها، پایداری شیب‌ها، طراحی تونل و مغارها، روانگرایی، نفوذپذیری خاک، تراکم خاک، تورم خاک و طبقه بندی خاک‌ها بکار رفته‌اند. تحقیقات و علاقه‌مندی به شبکه‌های عصبی از زمانی آغاز شد که مغز به عنوان یک سیستم دینامیکی با ساختار موازی و پردازشگری کاملاً مغایر با پردازشگرهای متداول شناخته شد. نگرش نوین در مورد کارکرد مغز نتیجه تفکراتی بود که در اوایل قرن بیستم توسط رامول سگال در مورد ساختار مغز به عنوان اجتماعی از اجزای محاسباتی کوچک به نام نرون شکل گرفت.
متغییرهای تحقیقردیف عنوان متغیر نقش نوع و مقیاس واحد/ حالت اندازه گیری
وابسته مستقل کمی کیفی پیوسته گسسته اسمی رتبهای 1 سطح آب بالادست سد متر
2 سطح آب پایین دست سد متر
3 مختصات محل قرارگیری پیزومتر متر
4 تاریخ قرائت پیزومترها روز
5 فشار پیزومتریک پاسگال
اهداف تحقیق هدف اصلی(کلی) تحقیق:
هدف اصلی این مطالعه عبارت است از: پیشبینی تراوش از بدنه سد خاکی با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی.
اهداف فرعی(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 تحقیقسوال اصلی تحقیق:
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 فرعی(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؟
فرضیههای تحقیق
تراوش بیش از اندازه و خارج از معمول در سدهای خاکی همواره می تواند باعث ناپایداری و خرابی آنها گردد.
فرضیات بکار رفته در روش های تحلیلی محاسبه تراوش به منظور ساخت معادلات، به خطاهای بزرگی منجر شده است.
پیش بینی تراوش با استفاده از روشهای داده کاوی میتواند به نتایج ابزاردقیق نزدیک باشد.
تعریف واژهها و اصطلاحات فنی و تخصصی ( به صورت مفهومی و عملیاتی)تعاریف مفهومی:تراوش: عبارت است از جریان یافتن آب در درون خاک. در سالهای اخیر این پدیده شایعترین علت شکت سدها بوده است. معمولا بروز تراوش در سدهای خاکی امری اجتنابناپذیر است.
فشار پیزومتریک: عبارت است از فشار آب حفره ای در نقطه مورد نظر. معمولا معیار فشار آب حفره ای را براساس ارتفاع آب درون پیزومتر اندازه میگیرند.
روش داده کاوی: داده کاوی عبارت است از اقتباس یا استخراج دانش از مجموعهای داده، به بیان دیگر فرآیندی است که با استفاده از تکنیکهای هوشمند، دانش را از مجموعهای داده استخراج میکند. دادهکاوی دارای مراحلی مانند پاکسازی داده‌ها، یکپارچه سازی داده‌ها، انتخاب داده‌ها، تبدیل داده‌ها، ارزیابی الگوهای پنهان و بازیابی دانش میباشد. دادهکاوی دارای روش‌های مختلفی را از جمله، شبکههای عصبی مصنوعی، فازی، شبکههای عصبی-فازی تلفیقی، درخت تصمیمگیری و … شامل میشود.
تعاریف عملیاتی:جهت مدلسازی جریان تراوش از بدنه سد خاکی با استفاده از روشهای داده کاوی، ابتدا داده های مورد نیاز جمع آوری خواهد شد. داده های مورد نیاز در این تحقیق شامل قرائت های بدست آمده از پیزومترهای کارگذاشته شده در بدنه سد، موقعیت پیزومترها و ارتفاع آب پشت سد خواهد بود. پس از بررسی داده ها و کنارگذاشتن داده های معیوب، مدل بر اساس حدود 80 درصد داده ها آموزش و سپس بر اساس مابقی داده ها، مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.
محدودیتهای تحقیقبا توجه به کمبود داده ها در این زمینه و از سوی دیگر عدم استقبال کارفرمایان و مشاوران در به اختیار قراردادن این داده ها جهت مطالعات آکادمیک، محدودیت ها و سختی های فراوانی جهت اخذ دادههای ابزاردقیق موجود وجود داشت.
مبانی نظری و پیشینه تحقیق
تئوری پدیده تراوشمقدمه
سدها همواره از سازههای زیر بنایی شمرده می‌شوند و دارای ارزش حیاتی هستند. بررسیهای صورت گرفته در فصل دوم نشان داد که 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، بطوری که وجود تراوش در سدهای خاکی غیر قابل اجتناب است. از این رو، با مشخص شدن اهمیت پدیده تراوش، در این فصل تئوری جریان آب در خاک ارائه خواهد شد.
جریان در محیط‌های متخلخلجریان حالت پایدار
دانستن مقدار و راستای جریان از سطوح متخلخل اغلب مورد توجه مهندسان می‌باشد. تغییرات فشار آب حفرهای در نتیجه فرآیند عبور جریان نیز مدنظر می‌باشد. این اطلاعات در پیش بینی تغییر حجمی و تغییر مقاومت برشی در اثر جریان آب یا هوا نیاز می‌باشند.
مسائل تراوش معمولاً در آنالیز پایدار و گذرا دستهبندی می‌شوند. در آنالیزهای رژیم پایدار، هد هیدرولیکی و ضریب نفوذپذیری در هر نقطه از توده خاک نسبت به زمان ثابت باقی می‌ماند. برای آنالیز حالت ناپایدار (گذرا) هد هیدرولیکی و حتی ممکن است ضریب نفوذپذیری نسبت به زمان تغییر کند. تغییرات در اثر تغییر در شرایط مرزی نسبت به زمان می‌باشد.
مقدار جریان سیال غیر قابل تراکم مانند آب با واژه q بیان می‌شود. شار یا دبی (نرخ جریان)، سرعت جریان (v) ضرب شده در سطح مقطع عرضی می‌باشد. از سوی دیگر مقدار جریان یک سیال قابل تراکم مثل هوا معمولاً با واژه نرخ توده بیان می‌شود. معادلات تراوش از تفاضلات نسبی حاکم مشتقگیری می‌شوند. اصل بقاء توده برای تراوش حالت پایدار یک سیال غیر قابل تراکم بیان می‌کند که شار ورودی به یک المان باید برابر شار خروجی از المان باشد. به عبارت دیگر شار خالص در هر نقطه از توده خاک باید برابر صفر باشد. برای سیال قابل تراکم نرخ خالص عبوری از یک المان باید برابر صفر باشد تا اصل بقاء توده برای شرایط حالت پایدار ارضا شود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Fredlund</Author><Year>1993</Year><RecNum>6</RecNum><DisplayText>[5]</DisplayText><record><rec-number>6</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”v00xptzw9dxew7ep0agppsrzsa55525pd5vf”>6</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Fredlund, D. G., Rahardjo H.</author></authors></contributors><titles><title>Soil Mechanics for Unsaturated Soils</title><secondary-title>Newyork, john Wiley and Sons, Chap. 7, P.P. 150-177</secondary-title></titles><dates><year>1993</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]( Fredlund et al, 1993)
حرکت آرام آب از خاک معمولاً با عنوان تراوش یا نفوذ مطرح می‌شود. آنالیز تراوش به عنوان بخش مهم مطالعات پایداری شیب، کنترل آب زیر زمینی در طراحی سدهای خاکی مطرح است. آنالیز تراوش شامل محاسبه میزان و راستای جریان آب و توزیع فشار حفره‌ای آب با رژیم جریان می‌باشد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Fredlund</Author><Year>1993</Year><RecNum>6</RecNum><DisplayText>[5]</DisplayText><record><rec-number>6</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”v00xptzw9dxew7ep0agppsrzsa55525pd5vf”>6</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Fredlund, D. G., Rahardjo H.</author></authors></contributors><titles><title>Soil Mechanics for Unsaturated Soils</title><secondary-title>Newyork, john Wiley and Sons, Chap. 7, P.P. 150-177</secondary-title></titles><dates><year>1993</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1] (Fredlund et al, 1993)
جریان آب در ناحیه غیر اشباع
به طور معمول جریان آب در ناحیه غیر اشباع، برای مهندسان قابل توجه است. برای مثال تراوش از یک سد معمولاً به صورت تجربی توسط خط تراوش محاسبه می‌شود. مطالعات اخیر نشانگر این است که یک جریان پیوسته آب بین ناحیه اشباع و غیراشباع وجود دارد (شکل 2-1 (a)). مثال دیگر که در شکل (2-1) (b) نشان داده شده است، بیانگر تأثیر نفوذ و تبخیر در میان شیب سطح فریاتیک است. یک دبی ثابت آب از سطح مرزی ممکن است باعث شود که یک دبی آب حالت پایدار از ناحیه غیر اشباع شیب توسعه یابد.
معادلات حاکم بر جریان آب از خاک‌های غیر اشباع همان قانون حاکم بر جریان اشباع می‌باشد (قانون دارسی) تفاوت اساسی در ضریب نفوذ پذیری است که برای خاک‌های اشباع ثابت فرض می‌شود. در حالی که برای خاک‌های غیراشباع، ضریب نفوذپذیری تابعی از مکش، مقدار آب یا متغیرهای دیگری می‌باشد. همچنین فشار آب حفره‌ای به طور کلی در خاک‌های اشباع یک مقدار ثابتی است و برای خاک‌های غیر اشباع مقدارش منفی است. علیرغم این تفاوت، فرمول بندی تفاضل نسبی معادله جریان در هر دو حالت یکسان است. همچنین وقتی از حالت غیر اشباع به اشباع عبور می‌کنیم، یک انتقال یکنواختی وجود دارد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Fredlund</Author><Year>1993</Year><RecNum>6</RecNum><DisplayText>[5]</DisplayText><record><rec-number>6</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”v00xptzw9dxew7ep0agppsrzsa55525pd5vf”>6</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Fredlund, D. G., Rahardjo H.</author></authors></contributors><titles><title>Soil Mechanics for Unsaturated Soils</title><secondary-title>Newyork, john Wiley and Sons, Chap. 7, P.P. 150-177</secondary-title></titles><dates><year>1993</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1] (Fredlund et al, 1993)
.
136525154305
-4953041910
عبور جریان در خاکهای غیر اشباع، (a) جریان آب در نواحی اشباع و غیر اشباع در یک سد خاکی، (b) جریان آب عبوری از مرزهای یک شیبضریب نفوذپذیری خاک
آب در خاک از طریق مجاری به هم پیوسته حفرهای درون توده خاک جریان مییابد. از این رو ضریب نفوذپذیری هر خاک بیانگر توانایی آن خاک برای هدایت سیال جهت عبور از آن خاک می‌باشد که این توانایی به نام ضریب هدایت هیدرولیکی و در اصطلاح مهندسی عمران ضریب نفوذپذیری نامیده می‌شود. مقدار ضریب نفوذپذیری خاک به عوامل متعددی بستگی دارد. این عوامل عبارتند از مشخصات سیال مانند ویسکوزیته و مشخصات خاک مانند اندازه و توزیع اندازهای حفر‌ها، منحنی دانه بندی، نسبت تخلخل، زبری سطح دانه‌ها و درجه اشباع و میزان درصد رطوبت خاک. ساختار خاک تأثیر بسیار مهمی بر ضریب نفوذپذیری دارد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Das</Author><Year>Fifth Edition, 2001</Year><RecNum>7</RecNum><DisplayText>[6]</DisplayText><record><rec-number>7</rec-number><foreign-keys><key app=”EN” db-id=”v00xptzw9dxew7ep0agppsrzsa55525pd5vf”>7</key></foreign-keys><ref-type name=”Journal Article”>17</ref-type><contributors><authors><author>Das, B.M.</author></authors></contributors><titles><title>Principal of geotechnical engineering</title><secondary-title>Thomson-Engineering</secondary-title></titles><periodical><full-title>Thomson-Engineering</full-title></periodical><dates><year>Fifth Edition, 2001</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2] (Das, 2001). دانشمندان بر پایه نتایج آزمایشات مختلف، روابط تجربی متفاوتی برای ضریب نفوذپذیری خاک تعریف کرده‌اند. همچنین ضریب نفوذپذیری خاک‌ها را می‌توان با استفاده از آزمایش‌های صحرایی یا آزمایشگاهی اندازه گیری نمود.
تغییرات ضریب نفوذپذیری در فضا برای خاک‌های غیر اشباع
برای آنالیز تراوش حالت پایدار، ضریب

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *