شيرواني، اين، براي، دايره، مي، پايداري

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.
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- مقدمهيکي از مهمترين و در عين حال مشکلترين مباحث مکانيک خاک مسئله پايداري شيروانيها است. لغزشهاي زمين در شرايط بسيار متفاوتي به وقوع مي پيوندد. اين لغزشها ممکن است شيبهاي طبيعي را عارض شود يا موجب به هم خوردن پايداري شيروانيهاي حاصل عمل انسان گردد. وقوع اين لغزشها ممکن است يکباره صورت گيرد و يا چندين ماه و حتي سالها به طول انجامد. پايداري شيروانيها همواره از موضوعات مورد علاقه در ميان مهندسين ژنوتکنيک بوده است، اهميت اين موضوع وقتي بيشتر اشکار ميگردد که لغزش يک شيرواني باعث خسارات عظيم جبران ناپذيري گردد. تا به امروز روشهاي زيادي براي تحليل و آناليز پايداري شيروانيها ارائه شده است از جمله اين روشها ميتوان به روشهاي فليتيوس، بيشاپ يا تايلور و …. اشاره نمود که تفاوت اين روشها در اعمال معادلات تعادل ميباشد. فصل حاضر جهت آشنايي با مفاهيم اصلي پايداري شيروانيها و انتخاب روش مناسب براي تحليل شيروانيهاي خاکي و تلفيق آن با الگوريتم بهينهياب مناسب که در فصلهاي بعدي توضيح داده ميشود آورده شده است. در اين پاياننامه به علت کاربردي، ساده و مورد اطمينان بودن روش بيشاپ اصلاح شده از اين روش جهت تحليل پايداري شيروانيها و يافتن ضريب اطمينان استفاده ميشود.
2-2- تعريف شيرواني خاکيبه تودههاي خاکي که نسبت به سطح افق به صورت شيبدار ايستاده باشند شيرواني خاکي ميگويند. اين شيروانيها ممکن است طبيعي يا مصنوعي باشند. اصولاً ممکن است در اثر عواملي چون وزن خاک، وجود آب، تأثير بارهاي خارجي، کاهش عوامل مقاومت و پارهاي عوامل ديگر، به صورت يک گسيختگي فرو ريزد. لغزش شيرواني هنگامي اتفاق ميافتد که نيروهاي رانش ناشي از وزن شيرواني بر نيروهاي مقاومت ناشي از مقاومت برشي خاک در سطح لغزش غلبه نمايد[15]. اغلب پايداري يک شيب توسط ضريب اطمينان آن در مقابل چنين گسيختگي اندازه گيري مي 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 کلي، انواع جابجايي(گسيختگي) خاک را در شيروانيها ميتوان به دو گروه زير تقسيم نمود:
الف) لغزندگي با سطح گسيختگي منحني
ب) لغزندگي با سطح گسيختگي مستوي
شکل سطح لغزش در شيروانيهاي نامحدود، تقريباً مستوي است و در صورتي که سطح لغزش منحني باشد، مقطع آن دايره و گاهي منحني لگاريتمي خواهد بود. هم چنين ممکن است اين سطح را مجموعهاي از چند منحني و خطوط مستوي دانست. منحني مشخصي که براي سطح لغزش تصوير ميشود، معمولاً با آنچه که در عمل وجود دارد متفاوت است، هر چند اختلاف اين دو تا حدي نيست که درصد خطاي حاصل در نتايج بررسي قابل اغماض نباشد. گاهي نوع خاصي از محاسبه ايجاب ميکند که منحني مخصوصي براي لغزش در نظر گرفته شود. هنگامي که شکل و منحني سطح لغزش معلوم باشد، ميتواند مقاومت برش خاک را محاسبه نمود. به دلايل ذکر شده در اين فصل و فصول بعدي، در اين تحقيق براي يافتن سطح لغزش دايروي توسط الگوريتم بهينه ياب جامعه پرندگان براي جستجوي سطح لغزش و روش بيشاپ اصلاح شده جهت تحليل شيرواني، استفاده شده است.
2-3- تحليل شيرواني محدود
درصورتي که ارتفاع بحراني شيرواني Hcr معادل ارتفاع خود شيرواني باشد، براي تحليل آن از روش تحليل شيرواني محدود استفاده ميشود. اگر خاک داراي چسبندگي و اصطکاک به طور تواٌم باشد، عمق بحراني 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 مي آيد.
(2-1)
(2-2)
در روابط بالا Fs ضريب اطمينان، C چسبندگي خاک، φزاويه اصطکاک بين دانههاي خاک، H ارتفاع شيرواني، γ وزن مخصوص خاک، β زاويه شيب شيرواني است.
در تحليل پايداري شيرواني محدود، لازم است که يک سطح لغزش فرض شود و ضريب اطمينان نسبت به سطح لغزش فرضي مشخص گردد. اين سطح، بنا به شواهد متعدد، منحني است و يک گروه سوئدي آن را قسمت از دايره معرفي کرده است[15]. لذا براي تحليل پايداري شيروانيهاي خاکي که داراي شکل مشخص و ترکيب مصالح و لايهاي متنوعاند، به رغم روشهاي متفاوتي که ابداع شده است اکثر محققان فرض سطح دايرهاي را مبنا قرار ميدهند. اگر در شيرواني مورد نظر، قسمتهايي از شيب داراي درزه و ترک يا سطوح ضعيف لايه بندي داشته باشد، مي تواند سطح لغزش را صفحهاي در نظر گرفت. براي خاک بدون لايه ضعيف و بدون درزه و ترک، قوس دايره مناسب تر از لغزش صفحه اي ميباشد.
2-4- تحليل شيرواني محدود با سطح لغزش دايره اي:
در اين نوع شيروانيها، معمولاً لغزش به حالتهاي زير اتفاق مي افتد:
1- سطح لغزش، شيرواني را در پاي شيب يا بالاي آن قطع ميکند. به اين نوع لغزش، لغزش دامنه گفته مي شود.
2- سطح لغزش در پايين دست پاي شيب، زمين را قطع ميکند. به اين نوع لغزش، لغزش عميق (لغزش پايه) گفته ميشود.
براي تحليل لغزشهاي دايرهاي، از روش توده، قطعه و بيشاپ استفاده ميشود که بررسي اين روشها در زير آمده است:
2-4-1- روش توده براي تحليل پايداري شيرواني با سطح لغزش دايرهاي:
روش توده وقتي مفيد است که بتوان خاک را همگن فرض نمود، که براي آن ميتوان دو حالت در نظر گرفت:
الف) شيرواني در خاک رس و
ب) شيرواني در خاک همگن با
روش توده براي تحليل پايداري شيرواني خاک رس با:
در خاک رس با مقاومت برشي برابر با چسبندگي حالت زهکشي نشده خواهد بود، که در اين صورت با توجه به شکل(2-1) ميتوان با لنگرگيري، ضريب اطمينان را به دست آورد.

شکل(2-1)تحليل پايداري شيرواني در خاک همگن با >0φدر شکل (2-1) L1 بازوي لنگر براي وزن توده محرک، L2 بازوي لنگر براي وزن توده مقاوم، W1,W2 را ميتوان با ضرب مساحت توده در وزن مخصوص خاک بدست آورد.
(2-3)
در روابط τ مقاومت برشي، σ تنش قائم بر سطح، uφ زاويه اصطکاک بسيج شده، Cu چسبندگي بسيج شده.
لنگر واژگوني نسبت به نقطۀ o با استفاده از شکل (2-1) برابر خواهد شد:
(2-4)
لنگر مقاوم بصورت زير محاسبه ميشود:
(2-5)
(2-6)
در نتيجه ضريب اطمينان برابر رابطه (2-7) خواهد بود:
(2-7)
براي بحرانيترين سطح لغزش، FS حداقل مقدار را خواهد داشت. براي تعيين اين سطح بحراني، بايد دايرههاي متعددي رسم و حداقل ضريب اطمينان آن ها را به دست آورد .
رابطه Cd=γHm براي رس اشباع و در شرايط چسبندگي بسيج شده زهکشي نشده، صادق است. m عددي بدون بعد بوده و مرسوم به عدد پايداري (SN) است. مقدار m براي زواياي مختلف β از گراف شکل (2-2) تعيين مي شود.

شکل(2-2)نمودارهاي عدد پايداري در مقابل زاويه شيب شيرواني
پس از تعيين Cd ضريب اطمينان برابر خواهد بود با رابطه(2-6) :
(2-8)
براي استفاده از گرافهاي شکل(2-2) بايد به نکات زير توجه شود:
1- تابع عمق برابر است با:
(2-9)
که در اين جا، Dhفاصله قائم از بالاي شيرواني تا لايه سخت و H ارتفاع شيرواني مي باشد.
2- براي شيب هاي β>53˚ دايره بحراني همواره يک دايره پاي شيرواني است. مرکز دايره بحراني را در اين حالت مي توان با استفاده از گراف شکل(2-3) تعيين نمود. اين گراف به ازاي زاويه β(زاويه شيب شيرواني)، زاويه α وθ را مي دهد. با مشخص شدن α وتر مربوط به آن رسم شده و با معلوم بودن زاويه مرکزي قوسθ مي توان R را محاسبه کرد. مراحل اين روش در شکل(2-3) ديده مي شود. از روي شکل (2-3) مي توان نوشت:
(2-10)
شعاع دايره برابر خواهد بود با:
(2-11)
(2-12)
در روابط بالا طول بين دو نقطه AوB است. θ زاويه داخلي دايره لغزش،R شعاع دايره لغزش ميباشندکه تمامي موارد ذکر شده در شکل (2-1) نشان داده شده است.

شکل(2-3)موقعيت مرکز دواير بحراني براي β>53˚ اگر روي نيمساز وتر AB، OH را جدا کنيم، مرکز دوران تعيين ميشود. به طور کلي، در اين حالت با معلوم بودن βميتوان عدد m را از شکل(2-2) به دست آورد و با توجه به آن ضريب اطمينان را تعيين کرد.
3- براي شيب هاي β>53˚ دايره بحراني مي تواند با توجه به تابع عمق يک دايره پاي شيرواني يا عميق باشد. در اين حالت، از سمت چپ شکل(2-2) که اعداد مندرج در آن تابع عمق را نشان مي دهند استفاده خواهد شد. در اين حالت، وقتي دايره بحراني يک دايره عميق باشد، با مشخص کردن m از شکل (2-2) مي توان محل خاتمه دايره را مشخص کرد و اگر دايره بحراني، دايره پاي شيرواني باشد، مي توان موقعيت آن را براساس جدول(2-1) و شکل(2-4) تعيين نمود.
با استفاده از جدول(2-1)، α1 وα2 تعيين و دو خط با زاويه α1 وα2 به شرح شکل(2-4) ترسيم ميشود تا مرکز دوران به دست آيد.

شکل (2-4) موقعيت مرکز دايره پاي شيرواني براي β<53˚به مرکزيت مرکز دوران، دايرههايي با شعاعهاي مختلف ترسيم و براي هرکدام ضريب اطمينان تعيين ميگردد. براساس توصيه تيلور، بحراني ترين دايره از پاي شيرواني ميگذرد و کمترين ضريب اطمينان را خواهد داشت.

شکل(2-5) موقعيت دواير عميقجدول(2-1)موقعيت مرکز دايره پاي شيرواني بحراني
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- تحليل پايداري شيرواني با روش قطعه:
براي تشريح تحليل پايداري شيروانيهاي خاکي با استفاده از روش قطعه، شکل (2-6)الف که در آن سطح لغزش توسط کمان دايرهاي AC نشان داده شده، استفاده ميشود. توده خاک واقع در بالاي سطح لغزش به قطعات قائم متعددي تقسيم ميشود که لزوماَ نيازي نيست عرض اين قطعات مساوي باشد. با فرض ضخامت واحد براي هرقطعه در امتداد عمود بر کاغذ، نيروي موثر بر يک قطعه (قطعه شماره n) در شکل (2-6)ب نشان داده شده است.Wn وزن قطعه است. نيروهايNr و Tr به ترتيب، مولفه قائم و مماسي واکنش R ميباشد. Pnو Pn+1 نيروهاي قائم و Tn و Tn+1 نيروهاي برشي موثر بر سطوح جانبي قطعات هستند. براي سهولت اثر فشار آ

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

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