شبیه سازی فشار پیزومتریک در بدنه سد با شبکه ANN
شبیه سازی فشار پیزومتریک در بدنه سد با شبکه ANN
هدف از این پایان نامه شبیه سازی فشار پیزومتریک در بدنه سد با شبکه ANN می باشد
مشخصات فایل
| تعداد صفحات | ۱۳۸ |
| حجم | ۲ کیلوبایت |
| فرمت فایل اصلی | doc |
| دسته بندی | مهندسی عمران |
توضیحات کامل
دانلود پروپوزال پایان نامه کارشناسی ارشد در مهندسی عمران
پیش بینی تراوش در سد خاکی با مدل شبکه عصبی
چکیده
سدها همواره از سازه های زیر بنایی شمرده می‌شوند و دارای ارزش حیاتی می باشند. در گذشته ایجاد سد عمدتاً با اهداف تأمین آب آشامیدنی و آبیاری مزارع کشاورزی بوده ولی امروز به دلیل نیاز به انرژی برق آبی و اهداف دیگر توسعه بیشتری یافته است. برآورد میزان ۲۰ میلیارد متر مکعب برداشت از آب‌های شیرین جهان خود دلیلی بر اهمیت سد سازی در دنیای امروز است. از این رو، بررسی و جلوگیری از خرابی سدها از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
اگرچه در گذشته پدیده روگذری، اولین دلیل تخریب سدها بوده است اما امروزه با افزایش دوره طراحی سیلاب، عمده ترین مشکلی که توجه مهندسان را به خود جلب کرده است، مسئله تراوش است. وجود تراوش در سدهای خاکی غیر قابل اجتناب است، اما اگر شرایط مناسبی برای فرسایش خاک وجود داشته باشد، موجب شسته شدن نقاط مستعد گردیده و چنانچه در ابتدای بروز فرسایش اقدامات لازم صورت نگیرد، به تخریب سد منجر می شود. اصولاً بروز تراوش در سدهای خاکی امری اجتناب ناپذیر است. اما می بایست تراوش طوری مهار شود تا در مدت ۵۰ الی ۱۰۰ سال بهره برداری سد، نتواند به پایداری و ایمنی سد لطمه ای بزند. با وجود تمام پیشرفت هایی صورت گرفته در علم مهندسی ژئوتکنیک، معضل تراوش تا به امروز اصلی ترین مشکلی است که در سدها بروز می کند.
در این تحقیق تلاش شد با به کارگیری شبکه عصبی مصنوعی به عنوان یکی از قویترین و معروف-ترین روش های داده کاوی به پیش بینی تراوش از بدنه سد خاکی "ستارخان" پرداخته شود. جهت تحقق به این هدف، از مجموعه داده ای شامل ۱۶۸۴ داده پیزومتری استفاده شد. مجموعه داده به دو بخش آموزش و صحت سنجی با نسبت ۸۰ به ۲۰ تفکیک شدند. به کارگیری پارامترهای آماری مناسب و کاربردی نشان داد شبکه ارائه شده به خوبی آموزش دیده است و قابلیت بالایی در پیش بینی پدیده تراوش دارد. بررسی جامع آمار خرابی در سدها، علل مختلف خرابی سدهای خاکی و شناخت پدیده تراوش به عنوان مهمترین علل خرابی سدهای خاکی از دیگر بخش های مهم این تحقیق می باشند.
کلمات کلیدی:
تراوش
داده کاوی
آمار سدسازی
سدهای خاکی
علل خرابی سدها
شبکه عصبی مصنوعی
مقدمه
کشور ایران بروی کمربند خشک کره زمین قرار دارد. متوسط بارندگی در ایران در حدود یک سوم بارندگی جهان و کمتر از یک دوم متوسط بارندگی آسیا می‌باشد؛ لذا اهمیت برنامه ریزی و مدیریت استفاده از منابع موجود آب امری حیاتی محسوب می‌شود. از این رو، شرایط اقلیمی کشور و نیاز آن به احداث سازه های ذخیره آب، احداث سدها را در دستور کار برنامه ریزان قرار داده است که به عنوان سازه های مهارکننده آب‌های سطحی و کنترل سیلاب امکان استفاده بیشتر از آب رودخانه ها را فراهم می نمایند. مهار سیلاب ها و آب‌های جاری به کمک احداث سد از امور زیربنائی در رشد و توسعه هر کشور از جمله ایران به شمار می آید.
در گذشته ایجاد سد عمدتاً با اهداف تأمین آب آشامیدنی و آبیاری مزارع کشاورزی بوده ولی امروز به دلیل نیاز به انرژی برق آبی و اهداف دیگر توسعه بیشتری یافته است. برآورد میزان ۲۰ میلیارد متر مکعب برداشت از آب‌های شیرین جهان خود دلیلی بر اهمیت سد سازی در دنیای امروز است. یکی دیگر از اهداف مهم سد سازی بهبود و توسعه شبکه آبیاری و کشاورزی زمین های پایین دست است. در کشورهایی مانند ایران که پراکندگی زمانی و مکانی بارندگی ها نامناسب است و ریزش های جوی در فصولی صورت می گیرد که شاید نیاز کمتری به آب باشد و یا قسمت اعظم نزولات در برخی مناطق متمرکز است، تنها راه چاره و مقابله با این مسئله احداث سد می-باشد و این امر به خصوص در کشورهای که متکی به کشاورزی هستند اجتناب ناپذیر است. احداث سد، کسب و کار و درآمد ملی به همراه دارد. در زمان حاضر شبکه های آبیاری وتامین آب کشاورزی در ایران باعث توسعه، بهبود و رونق اقتصادی مناطق شده است. یکی دیگر از اهداف عمده سد سازی استفاده از نیروی الکتریسیته است.
استفاده از این منبع که ارزان ترین نوع انرژی در اغلب کشورهای دنیاست، بسته به نیاز و ویژگی های ساختمانی، اهداف متفاوتی دارد. امروزه احداث سد با هدف تولید برق آبی یک امر متداول بوده و کشورهای پیشرفته و حتی در حال رشد کمال استفاده را از این پتانسیل موجود می برند.
در صورت عدم توجه به شرایط ساختگاهی و ناکافی بودن مطالعات، خطر وقوع خرابی، سد را تهدید می کند. مطالعه آماری خرابی در سدهای خراب شده با توجه به وجود شباهاتی در شرایط، امکان ارائه راهکارهای مناسب در طراحی سدها توسط مهندسین را فراهم می کند. خرابی در سدها به اشکال مختلفی دیده می شود، شایع ترین علت شکت سدها خصوصاً در سال های اخیر فرسایش در اثر تراوش و یا رگاب بوده است. اصولاً بروز تراوش در سدهای خاکی امری اجتناب ناپذیر است. اما می بایست تراوش طوری مهار شود تا در مدت ۵۰ الی ۱۰۰ سال بهره برداری سد، نتواند به پایداری و ایمنی سد لطمه ای بزند. با وجود تمام پیشرفت هایی صورت گرفته در علم مهندسی ژئوتکنیک، معضل تراوش تا به امروز اصلی ترین مشکلی است که در سدها بروز می کند.
فهرست مطالب
چکیده
فصل اول: کلیات ۱
۱-۱- مقدمه ۲
۱-۲- بیان مسئله ۳
۱-۳- اهیمت و ضرورت تحقیق ۵
۱-۴- متغییرهای تحقیق ۸
۱-۵- متغییرهای تحقیق ۸
۱-۵-۱- هدف اصلی(کلی) تحقیق ۸
۱-۵-۲- اهداف فرعی(اختصاصی) ۸
۱-۶- سوال های تحقیق ۹
۱-۶-۱- سوال اصلی تحقیق: ۹
۱-۶-۲- سوال های فرعی(ویژه) ۹
۱-۷- فرضیه های تحقیق ۹
۱-۸- تعریف واژه ها و اصطلاحات فنی و تخصصی ( به صورت مفهومی و عملیاتی) ۱۰
۱-۸-۱- تعاریف مفهومی ۱۰
۱-۸-۲- تعاریف عملیاتی ۱۱
۱-۹- محدودیت های تحقیق ۱۱
فصل دوم:مبانی نظری و پیشینه تحقیق ۱۲
۲-۱- تئوری پدیده تراوش ۱۳
۲-۱-۱- مقدمه ۱۳
۲-۱-۲- جریان در محیط‌های متخلخل ۱۳
۲-۱-۳- تراوش حالت پایدار ایزوتروپیک ناهمگن ۱۷
۲-۱-۴- تراوش حالت پایدار، غیر ایزوتروپیک و ناهمگن ۱۸
۲-۱-۵- جریان یک بعدی ۱۹
۲-۱-۶- قانون دارسی در خاک‌های غیراشباع ۲۱
۲-۱-۷- ضریب نفوذپذیری خاک‌های غیراشباع ۲۳
۲-۱-۸- شرایط مرزی در مسائل آنالیز تراوش ۲۶
مرز نفوذپذیر ۲۷
۲-۱-۸-۱- ورودی‌ها و خروجی‌ها ۲۷
۲-۱-۸-۲- سطح تراوش ۲۸
۲-۱-۸-۳- خط تراوش ۲۸
۲-۲- آمار سدسازی در کشورهای مختلف ۲۸
۲-۲-۱- خرابی سدها ۳۱
۲-۲-۲- آمار خرابی سدها ۳۵
۲-۲-۳- آمار دلایل مختلف خرابی سدها ۴۱
۲-۲-۴- علل افزایش تراوش ۴۶
۲-۲-۵- حجم مجاز و قابل قبول تراوش ۴۸
۲-۲-۶- عواقب سوء تراوش ۵۱
۲-۳- مظالعات اخیر در زمینه تراوش ۵۴
۲-۳-۱- مطالعه اِرسایین(۲۰۰۶( ۵۴
۲-۳-۲- مطالعه می آ او و همکاران(۲۰۱۲) ۵۶
۲-۳-۳- مطالعه نورانی و همکاران(۲۰۱۲) ۵۶
۲-۳-۴- مطالعه پورکریمی و همکاران(۲۰۱۳) ۵۷
۲-۳-۵- مطالعه کمان به دست و دلواری(۲۰۱۳) ۵۸
فصل ۳: روش تحقیق ۶۰
۳-۱- شبکه‌های عصبی مصنوعی ۶۱
۳-۱-۱- مقدمه ۶۱
۳-۱-۲- مدل ریاضی شبکه‌های عصبی ۶۴
۳-۱-۲-۱- نرون ۶۴
۳-۱-۲-۲- لایه‌های چند نرونی ۶۷
۳-۱-۳- شبکه‌های چند لایه ۶۷
۳-۱-۳-۱- توابع محرک (تابع تبدیل) ۶۹
۳-۱-۴- آموزش شبکه و تنظیم پارامترها ۷۲
۳-۲- سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیق پذیر (ANFIS) 73
۳-۲-۱- تاریخچه منطق فازی ۷۴
۳-۲-۲- انواع سامانه‌های فازی ۷۶
۳-۲-۳- ساختار سامانه‌های فازی ۷۷
۳-۲-۴- سامانه عصبی- فازی 80
۳-۳- معرفی سد ستارخان و بررسی داده های ابزار دقیق آن ۸۲
۳-۳-۱- مقدمه ۸۲
۳-۳-۲- موقعیت پروژه ۸۳
۳-۳-۳- مشخصات کلی پروژه ۸۴
۳-۳-۴- مصالح مورد استفاده در بدنه سد ۸۵
۳-۳-۴-۱- مصالح مورد استفاده در هسته آب بند ۸۵
۳-۳-۴-۲- مصالح مورد استفاده در لایه های فیلتر ۸۵
۳-۳-۴-۳- مصالح مورد استفاده در لایه های زهکش ۸۵
۳-۳-۴-۴- مصالح مورد استفاده در پوسته سنگریزه ای ۸۶
۳-۳-۴-۵- مصالح مورد استفاده در لایه محافظ شیب های سراب و پایاب سد ۸۶
۳-۳-۵- ویژگی های زمین شناسی و ژئوتکنیکی ساختگاه سد ستارخان ۸۷
۳-۳-۵-۱- زمین شناسی ۸۷
۳-۳-۵-۲- ژئوتکنیک ساختگاه سد ۸۸
۳-۳-۵-۳- سنگ تکیه گاه ها و زیر آبرفت ۸۹
۳-۳-۵-۴- آبرفت پی ۸۹
۳-۴- مطالعات ژئوتکنیک مرحله دوم ۹۰
۳-۵- آببندی سد توسط پرده های آب بند بتن خمیری ۹۲
۳-۶- ابزاربندی ۹۳
۳-۶-۱- پیزومترهای لوله باز ۹۵
۳-۶-۲- پیزومترهای تار (سیم) مرتعش ۹۵
۳-۷- بررسی داده های ابزاردقیق در بدنه سد ستارخان ۹۸
فصل ۴:نتایج تحقیق ۹۹
۴-۱- مقدمه ۱۰۰
۴-۲- مجموعه داده‌ها ۱۰۰
۴-۳- ساختار مدل شبکه عصبی پیشنهادی ۱۰۲
۴-۴- ارزیابی و مقایسه عملکرد مدل پیشنهادی ۱۰۶
۴-۵- جمع بندی و نتیجه گیری ۱۱۸
فصل ۵:بحث، نتیجه گیری و پیشنهادها ۱۱۹
۵-۱- مقدمه ۱۲۰
۵-۲- نتایج ۱۲۰
۵-۳- پیشنهادها ۱۲۱
فهرست اشکال
شکل (۲-۱) عبور جریان در خاک های غیر اشباع ۱۵
شکل (۲-۲) تغییرات ضریب نفوذپذیری در یک خاک غیر اشباع ۱۸
شکل (۲-۳) تعادل استاتیکی و شرایط جریان رژیم پایدار در ناحیه با فشارهای حفرهای منفی ۲۱
شکل (۲-۴) بررسی آزمایشگاهی قانون دارسی برای جریان آب در خاک‌های غیراشباع ۲۳
شکل (۲-۵) مراحل غیراشباع شدن خاک بر اثر خروج تدریجی آب و کاهش درجه اشباع به جهت افزایش مکش ماتریک ۲۴
شکل (۲-۶) اثر مکش ماتریک بر روی درجه اشباع ۲۵
شکل (۲-۷) تغییرات ضریب نفوذپذیری و درصد رطوبت نسبت به مکش ماتریک ۲۵
شکل (۲-۸) تغییرات ضریب نفوذپذیری بر حسب درصد رطوبت ۲۶
شکل (۲-۹) مثال‌هایی از شرایط مرزی ۲۷
شکل (۲-۱۰) مقایسه سدهای خاکی ساخته شده در هفت کشور دنیا(ICOLD, 2008) 29
شکل (۲-۱۱) مقایسه سدهای سنگریزهای ساخته شده در هفت کشور دنیا(ICOLD, 2008) 30
شکل (۲-۱۲) مقایسه سدهای وزنی ساخته شده در هفت کشور دنیا(ICOLD, 2008) 30
شکل (۲-۱۳) آمار سدهای ساخته شده در ایران(ICOLD, 2008) 31
شکل (۲-۱۴) تعداد موارد تخریب یا آسیب سدها در کشوهای مختلف (ICOLD, 2008) 36
شکل (۲-۱۵) تعداد موارد تخریب یا آسیب در سدهای ثبت شده در ICOLD 37
شکل (۲-۱۶) درصد موارد تخریب یا آسیب در سدهای ثبت شده در ICOLD 37
شکل (۲-۱۷) توزیع تعداد موارد تخریب یا آسیب نسبت به نوع پی در سدهای ثبت شده در ICOLD 38
شکل (۲-۱۸) توزیع درصد موارد تخریب یا آسیب نسبت به نوع پی در سدهای ثبت شده در ICOLD 39
شکل (۲-۱۹) توزیع تعداد نوع تخریب یا آسیب وارده در سدهای ثبت شده در ICOLD 40
شکل (۲-۲۰) توزیع درصد نوع تخریب یا آسیب وارده در سدهای ثبت شده در ICOLD 40
شکل (۲-۲۱) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط میدل بروک ۴۳
شکل (۲-۲۲) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط گرونر ۴۳
شکل (۲-۲۳) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط تاکاسی ۴۴
شکل (۲-۲۴) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط باب ۴۴
شکل (۲-۲۵) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط USCOLD (2008) 45
شکل (۲-۲۶) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف ۴۵
شکل (۳-۱) نواحی اصلی یک سلول عصبی بیولوژیک ۶۳
شکل (۳-۲) شمای یک نرون حسی ۶۳
شکل (۳-۳) مدل نرون تک ورودی ۶۵
شکل (۳-۴) مدل نرون با n ورودی را به همراه تابع تبدیل آن ۶۶
شکل (۳-۵) مدل شبکه‌ای با یک لایه‌ی پنهان با S نرون و R ورودی ۶۸
شکل (۳-۶) مدل شبکه‌ای با سه لایه‌ی پنهان به همراه R ورودی ۶۸
شکل (۳-۷) نمودار تابع محرک خطی ۶۹
شکل (۳-۸) نمودار تابع محرک آستانه‌ای دو مقداره حدی ۷۰
شکل (۳-۹) نمودار تابع محرک زیگموئید ۷۱
شکل (۳-۱۰) نمودار تابع محرک تانژانت هیپربولیکی ۷۱
شکل (۳-۱۱) ساختار کلی یک سامانه استنتاج فازی ۷۸
شکل (۳-۱۲) تعدادی از نمودارهای توابع عضویت مجموعه-های فازی ۷۹
شکل (۳-۱۳) نمایی کلی از سد ستارخان ۸۲
شکل (۳-۱۴) نقشه موقعیت سد ستارخان ۸۳
شکل (۳-۱۵) نمایی از مرتفع ترین مقطع سد ستارخان ۸۴
شکل (۳-۱۶) نمای شماتیک مقطع ۱۷۰+۰ ۹۷
شکل (۳-۱۷) نمای شماتیک مقطع ۳۲۰+۰ ۹۷
شکل (۴-۱) پراکندگی مقادیر فشار پیزومتریک داده های آموزش ۱۱۳
شکل (۴-۲) پراکندگی مقادیر فشار پیزومتریک داده های آزمون ۱۱۴
شکل (۴-۳) نمودار احتمال تجمعی مقادیر α 115
شکل (۴-۴) نمودار توزیع نرمال مقادیر α (a) آموزش (b) آزمون ۱۱۶
شکل (۴-۵) هیستوگرام مقادیر α (a) آموزش (b) آزمون ۱۱۷
فهرست جداول
جدول (۲-۱) حجم تراوش، میزان خسارات و اقدامات اصلاحی در بعضی از سدها ۴۹
جدول (۲-۲) توابع فعالیت بکار رفته در مطالعه ارسایین ۵۵
جدول (۴-۱) پارامترهای آماری مربوط به داده‌های آموزش و آزمون ۱۰۴
جدول (۴-۲) وزن های ارتباطی مدل ANN 105
جدول (۴-۳) ثابت‌های مدل ANN 105
جدول (۴-۴) تعریف پارامترهای آماری ۱۰۷
جدول (۴-۵) ارزیابی عملکرد مدل‌های پیشنهاد شده توسط پارامترهای آماری برای دسته های مختلف داده‌های آموزش ۱۰۷
جدول (۴-۶) ارزیابی عملکرد مدل پیشنهادشده توسط پارامترهای آماری برای داده‌های آزمون ۱۱۸
توضیحات بیشتر و دانلود
صدور پیش فاکتور، پرداخت آنلاین و دانلود
مطالب زیر را حتما بخوانید:
قوانین ارسال دیدگاه در سایت