دانلود پایان نامه ارشد: تخمین ضرایب آزمايش تحکيم در لايه‌هاي آبرفتي با استفاده از مدلسازي با Anfis و شبکه‌هاي عصبي

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران

عنوان : تخمین ضرایب آزمايش تحکيم در لايه‌هاي آبرفتي با استفاده از مدلسازي با Anfis  و شبکه‌هاي عصبي

دانشکده فني

(پايان نامه کارشناسي ارشد)

عنوان:

تخمین ضرایب آزمايش تحکيم در لايه‌هاي آبرفتي با استفاده از مدلسازي با Anfis  و شبکه‌هاي عصبي

استاد راهنما:

دکتر عباس مهدويان

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول: كليات……………………………… 1

1- مقدمه…………………………….. 2

1-1- تعريف مساله و هدف از پژوهش…………………….. 2

1-2- پديده تحکيم……………………………… 2

1-3- منطق فازي……………………………… 3

فصل دوم: مروري بر تحقيقات گذشته…………………………….. 6

2-1- مقدمه…………………………….. 7

2-2- شناسايي پارامترهاي موثر در نشست تحکيمي خاک……………… 7

2-3- مروري بر تاريخچه تحقيقاتي نظريه مجموعه‌هاي فازي و زمينه‌هاي آن در مهندسي عمران………9

2-3-1- اولين زمينه‌هاي فکري……………………………… 9

2-3-2- دهه 60: ظهور فازي……………………………… 9

2-3-3- دهه 70: تثبيت مفاهيم بنيادي و ظهور اولين کاربردها………….. 10

2-3-4- دهه 90 و سالهاي آغازين قرن 21: چالشها کماکان باقيست…….. 11

2-3-4- فازي در ايران…………………………….11

2-3-5- نظريه فازي در مهندسي عمران…………………………….. 12

فصل سوم: تحکيم……………………………… 13

3- 1 مقدمه…………………………….. 14

3-2 اصول پايه تحکيم……………………………… 14

3-2-1 مفاهيم کلي تحکيم يک بعدي……………………………… 14

3-2-2 نظريه تحکيم يک بعدي……………………………… 15

3-2-2-1 محاسبه نشست تحکيم يک بعدي……………………………. 16

3-2-2-2 حل معادله تحکيم……………………………… 18

3-2-2-3 آزمايش تحکيم……………………………… 19

3-2-2-3-1 آزمايش تحکيم با سرعت تغيير شکل نسبي ثابت…………… 20

3-2-2-3-2 آزمايش تحکيم با شيب ثابت………………………………. 21

3-2-2-4 خصوصيات تراکم پذيري……………………………… 23

3-2-2-4-1 اندازه گيري غير مستقيم شاخص تراکم…………………….. 24

3-2-3 نشست تحکيم……………………………… 25

3-2-4 درجه تحکيم……………………………… 26

3-2-5 محاسبه ضريب تحکيم با استفاده از نتايج آزمونها آزمايشگاهي……. 27

3-2-5-1 روش لگاريتم زمان…………………………….. 27

3-2-5-2 روش ريشه دوم زمان…………………………….. 28

3-2-5-3 روش شيب بيشينه سو…………………………….. 29

3-2-5-4 روش محاسباتي سيوارام و سواميذ.. 30

3-2-6 تاثير دست خوردگي نمونه بر روي منحني……………………………. 30

3-2-7 تحکيم ثانويه…………………………….. 31

3-2-7-1 تاثير تحکيم ثانويه بر روي فشار پيش تحکيمي………………… 33

3-2-8 تحکيم به کمک زهکش‌هاي ماسه‌اي……………………………… 34

فصل چهارم: منطق فازي و کاربرد آن در مهندسي عمران…………….. 37

4-1- مقدمه…………………………….. 38

4-2- مجموعه‌هاي فازي……………………………… 40

4-2-1- تعاريف و مفاهيم اوليه مجموعه‌هاي فازي…………………………. 40

4-2-2- چند مفهوم مقدماتي……………………………… 41

4-2-3- نماد گذاري……………………………… 41

4-2-4- عملگرهاي مجموعه اي……………………………… 41

4-3- اصل توسعه و روابط فازي……………………………… 45

4-3-1- اصل توسعه…………………………….. 45

4-3-2- حاصل ضرب کارتزين فازي…………………………….. 46

4-3-3- اصل توسعه بر روي فضاي حاصل ضرب کارتزين…………… 46

4-3-4- رابطه فازي……………………………… 47

4-3-5- ترکيب روابط فازي……………………………… 47

4-3-6- اعدادي فازي……………………………… 47

4-3-7- اعداد فازي L-R………………………………

4-4- منطق فازي……………………………… 50

4-4-1- استدلال فازي……………………………… 50

4-4-2- متغيرهاي زباني……………………………… 50

4-4-3- قيود زباني……………………………… 51

4-4-4- قواعد اگر- آنگاه…………………………….. 52

4-4-5- گزاره فازي……………………………… 52

4-4-6- شيوه استدلال فازي…………………………….. 53

4-4-7- روش ممداني……………………………… 55

4-4-8 روش استدلال فازي با استفاده از توابع خطي………………. 59

4-4-9- استدلال فازي ساده شده…………………………….. 62

4-5- کاربردهاي فازي در مهندسي عمران…………………………….62

4-5-1- سيستم‌هاي فازي……………………………… 62

4-5-2- پايگاه قواعد…………………………….. 63

4-6-3- ويژگي‌هاي مجموعه قواعد…………………………….. 64

4-5-4- موتور استنتاج فازي……………………………… 64

4-5-5- فازي ساز…………………………….. 65

4-5-6- غير فازي ساز……………………………. 66

4-5-7- کنترل فازي……………………………… 67

فصل پنجم: آشنايي با مفاهيم شبکه عصبي………………… 69

5-1 سلول عصبي مصنوعي……………………………… 70

5-2 توابع تحريک……………………………….. 70

5-3 شبکه‌هاي عصبي چند لايه…………………………….. 72

5-4 شبکه‌هاي بازگشتي…………………………….. 73

5-5 آموزش شبکه…………………………….. 74

5-6 هدف از آموزش شبکه…………………………….. 74

5-7 آموزش نظارت شده…………………………….. 74

5-8 آموزش غير نظارت شده…………………………….. 75

5-9 روش‌هاي تربيت و آموزش آماري…………………………….. 76

5-10 خودسازماني……………………………… 77

5-11 الگوريتم انتشار برگشتي……………………………… 78

5-12 ساختار شبکه در الگوريتم انتشار برگشتي………………………. 79

5-13 نگرشي کلي بر آموزش شبکه…………………………….. 80

5-14 تشخيص تصوير…………………………….. 80

5-15 حرکت به پيش……………………………….. 82

5-16 برگشت به عقب ـ تنظيم وزن‌هاي لايه خروجي……………….. 82

5-17 تنظيم وزن‌هاي لايه پنهان…………………………….. 83

5-18 سلول عصبي باياس در شبکه…………………………….. 84

5-19 اندازه حرکت………………………………. 84

5-20 الگوريتم‌هاي پيشرفته…………………………….. 85

5-21 کاربردها و اخطارهاي انتشار برگشتي…………………………… 86

5-22 اندازه گام…………………………….. 87

5-23 ناپايداري موقتي……………………………… 87

5-24 مبناي رياضي الگوريتم انتشار برگشتي……………………………… 87

5-26 نحوة ارائه زوج‌هاي آموزشي به شبکه…………………………….. 91

5-27 سنجش ميزان يادگيري و عملکرد شبکه…………………………….. 91

5-28 جذر ميانگين مربع خطاها……………………………. 92

5-29 استفاده از دستورات MATLAB………………………………

فصل ششم: برآورد ضريب فشردگي تحکيم به وسيله پارامترهاي فيزيکي خاک…….95

6-1- مقدمه…………………………….. 96

6-2- شناسايي پارامترهاي موثر در نشست تحکيمي خاک…………… 97

6-3 بانک اطلاعات مورد استفاده…………………………….. 98

6-4 تحليل اطلاعات با استفاده از روش برازش خطي…………… 99

6-5- نتيجه گيري……………………………… 102

فصل هفتم: مدل سازي ضريب فشردگي با استفاده از شبکه‌هاي عصبي-فازي (ANFIS)……..104

7-1 آشنايي با مدلسازي توسط ANFIS………………………………

7-2 مدلسازي ضريب فشردگي با استفاده از شبکه عصبي-فازي (ANFIS)……. 107

7-3 چگونگي مدلسازي وتحليل مدل و بررسي نتايج……………………………… 109

فصل هشتم: نتيجه گيري، پيشنهادات، محدوديت‌ها……………………………. 120

8-1  نتيجه گيري……………………………… 121

8-2-  محدوديت ها…………………………….121

8-3- پيشنهاد براي ادامه مطالعه……………………………. 122

Reference……………………………..

چکیده:

نشست تحکيمي يکي از ملاحظات مهم طراحي در پروژه‌هاي عمراني همچونه سازه ها، راهها و راه آهن است. اين پديده بوسيله آزمايش تحکيم تعيين مي‌شود. آزمايش تحکيم يک آزمايش نسبتا وقت گير و پر هزينه است که بايد با دقت کافي انجام شود. در بسياري از پروژه ها به خصوص در پروژه‌هاي خطي مانند راهها و راه آهن عدم انجام آزمايش تحکيم به تعداد و با دقت کافي ممکن است سبب وارد آمدن خسارات قابل توجهي گردد. با توجه به زمان نسبتا زياد آزمايش تحکيم، تخمين نشست تحکيمي بر مبناي پارامترهاي موثري که با انجام آزمايشات ساده و کم هزينه و با دقت کافي قابل تعيين باشند، همواره مورد توجه بسياري از کارشناسان و محققين ژئوتکنيک و راه سازي بوده است.

در اين پژوهش با استفاده از مجموعه‌اي از داده‌هاي آزمايشگاهي بدست آمده از چهارده طرح بزرگ ايران و به کمک روش برازش خطي گام به گام رابطه‌اي براي تخمين ميزان نشست تحکيمي خاک بر اساس پارامترهاي موثر وابسته ارائه شده است و با استفاده از مجموعه‌اي از داده‌هاي آزمايشگاهي نتايج اين رابطه با نتايچ آزمايشگاهي و روابط ارائه شده توسط محققين ديگر مقايسه شده است و از  روش‌هاي Anfis و Neural Network جهت مدل سازي استفاده شد. بر اساس نتايج آزمايشگاهي مدل ارائه شده نسبت به روابط قبلي از خطاي کمتري برخوردار بوده و تطابق بهتري با نتايج واقعي دارد.

فصل اول: کلیات

1- مقدمه

1-1- تعريف مساله و هدف از پژوهش

راه حل مستقيم براي تعيين پارامترهاي نشست تحکيمي خاک، استفاده از آزمايش تحکيم است. مطابق استاندارد انجام آزمايش تحکيم نياز به صرف حدود يک هفته وقت دارد. دشواري انجام آزمايش تحکيم و بالاخص زمان طولاني و هزينه بالاي آن سبب بروز محدوديت‌هاي فراوان در کيفيت و کميت آزمايش به ويژه در پروژه‌هاي حجيم و وقت گير شده است. در اکثر اين پروژه ها به منظور جلو گيري از نياز به زمان طولاني و همچنين کاهش هزينه‌هاي انجام مطالعات ژئوتکنيک اغلب تعداد آزمايش ها کاهش داده مي‌شود و در نتيجه اطلاعات پيوسته و جامع از خاکها بخصوص در مواردي که تنوع لايه بندي زياد است، بدست نمي‌آيد. اين امر سبب مي‌شود طراحان بدون داشتن اطلاعات کافي، اقدام به ساده سازي پارامترهاي طراحي مي‌نمايند که معمولا به صورت دست بالا است و از جهت ديگر سبب افزايش هزينه‌هاي اجرا مي‌شود. بنابراين لازم است معيارهايي مشخص گردند تا بتوان از طريق آنها به دانشي جامع و با خطاي قابل قبول پارامترهاي تحکيم را تخمين زد. اين کار علاوه بر اينکه سبب کاهش حجم آزمايشات و صرفه جويي در زمان و هزينه مي‌شود از طرف ديگر مي‌تواند اطلاعات پيوسته‌اي از ساختگاه مورد نظر را فراهم سازد و دانش طراحان را به ميزان قابل توجهي بهبود بخشد. با توجه به اين موارد محققين مختلفي سعي کردند تا با استفاده از داده‌هاي آزمايشگاهي فرمول‌هاي تجربي جهت تعيين پارامترهاي تحکيم خاک ارائه دهند. بدين طريق مي‌توان بدون انجام آزمايش تحکيم اقدام به تخمين نتايج حاصل از آن نمود. در اين پژوهش پس از بررسي روابط ارائه شده توسط ساير محققين جهت تخمين نشست تحکيمي، با استفاده از اطلاعات تفصيلي بدست آمده از چهارده پروژه بزرگ ايران و با استفاده از شبکه‌هاي عصبي- فازي (ANFIS) مدلي با دقت بالا جهت تعيين نشست تحکيمي خاک ارائه مي‌شود.

2-1- پدیده تحکیم

فشردگي يا تراکم خاک در اثر تاثير سربار (وزن سازه) باعث نشست سازه واقع بر روي آن مي‌شود که به اين پديده نشست خاک مي‌گويند. که در حالت کلي نشست خاک به دو گروه زير تقسيم مي‌شوند:

الف) نشست آني (Immediate Settlement) که ناشي از تغيير شکل الاستيک خاک خشک و يا خاکهاي مرطوب و اشباع بدون تغييري در ميزان آب مي‌باشد و در تمام خاکها مورد توجه است.

ب) نشست تحکيمي (Consolidation Settlement) که ناشي از تغيير حجم خاک اشباع به علت رانده شدن آبهاي موجود در حفرات است و در خاکهاي ريز دانه مانند رس مورد توجه قرار مي‌گيرد.

وقتي خاک اشباع تحت بارگذاري قرار مي‌گيرد، در آغاز تمام بار گذاري توسط آب حفره‌اي تحمل مي‌شود و به آن افزايش فشار آب حفره‌اي مي‌گويند. در صورتي که زهکشي انجام شود، به مزور زمان حجم خاک کاهش مي‌يابد که به آن تحکيم گفته مي‌شود و باعث نشست مي‌گردد. از طرفي ممکن است خاک در اثر جذب آب حفره‌اي يا فشار آب حفره‌اي منفي افزايش حجم دهد که به آن تورم مي‌گويند.

نرخ تغيير حجم تحت بار گذاري به نفوذ پذيري نمونه بستگي دارد، از اين رو آزمايش تحکيم معمولا در خاک‌هاي با نفوذ پذيري کم (مانند رس) انجام مي‌گيرد. هدف از انجام آزمايش تحکيم، تعيين پارامترهاي موثر در پيش بيني شدت نشست و ميزان آن در سازه‌هاي متکي بر خاک‌هاي رسي است. آزمايش تحکيم در واقع آزمايش جهت بر آورد پارامترهاي تحکيم يک بعدي ترزاقي است که از حل همزمان دو معادله تعادل و پيوستگي به صورت تک بعدي حاصل شده است.

نمونه گيري از خاک با حفظ شرايط واقعي کار بسيار مشکلي است. تفاوت قابل توجه در ميزان رطوبت، حد رواني و شاخص پلاستيسيته و فشار همه جانبه نمونه‌هاي تهيه شده از اعماق مختلف و حتي از يک عمق خاص، بيانگر تفاوت و رفتار در نمونه‌هاي تهيه شده از يک نوع خاک مي‌شود و اين مسئله علاوه بر افزايش هزينه انجام آزمايشات سبب پيچيدگي و وارد نمودن قضاوت مهندسي در پروژه‌هاي مهندسي ژئوتکنيک مي‌گردد. داده‌هاي آزمايشگاهي زيادي موجود هستند که در پروژه‌هاي معيني به کار رفته و عملا بعد از مدتي فراموش شده اند. اين اطلاعات قديمي مي‌توانند بعنوان يک بانک اطلاعاتي مفيد در ارزيابي پارامترهاي ژئوتکنيکي بکار گرفته شوند[1].

3-1- منطق فازی

در دهه 1960، پروفسور لطفي زاده در دانشگاه برکلي کاليفرنيا، مقاله‌اي را با اين مضمون که ابهامات يک وضعيت نامعلوم ولي متفاوت از پديده‌هاي تصادفي هستند، ارائه داد. براي مثال نمي‌توان مردم را به دو گروه خوب و بد تقسيم کرد. يا دسته بندي پارامترهايي چون دما، فشار، اندازه و… در دو گروه صفر و يک ممکن نيست. براي توصيف چنين پارامتنرهايي درجه‌اي به آنها تعلق مي‌گيرد که اين درجه ها بر اساس چندين فاکتور مانند موقعيت، آزمايش و .. است. اين ايده اساس مجموعه‌هاي فازي نسبت به منطق کلاسيک است. در مجموعه کلاسيک يک شئ به مجموعه تعلق دارد يا ندارد ولي در مجموعه فازي درجه‌هايي از تعلق به يک مجموعه معرفي مي‌شوند. يک مجموعه فازي تابع تعلقي دارد که در درجه‌هاي مختلفي از تعلق براي عناصر مشخص در آن تعريف مي‌شود. تابع تعلق به صورت مقادير گسسته يا به وسيله منحني‌هايي تعريف مي‌گردد. روشهاي متعددي براي توصيف يک مجموعه فازي موجود دارد [2].

پروسه فازي سازي (fuzzification) مجموعه‌اي کلاسيک را به يک مجموعه تقريب زننده که فازي است تبديل مي‌کند [3]. از آنجاييکه هر عضو و درجه تعلق آن مستقل از عضو ديگر و درجه تعلق مربوط به آن است، پروسه خطي است و اصل جمع آثار در آن صدق مي‌کند، يعني هر عضو به تنهايي فازي مي‌گردد [4].

منطق فازي بر اساس مفهوم مجموعه‌هاي فازي است و هر مقدار درستي در بازه [1 ، 0] را مي‌پذيرد. از مفاهيم مجموعه‌هاي فازي در جبر فازي استفاده مي‌شود.

به منظور طراحي يک سيستم کنترل منطق فازي بايد قادر به توصيف عمليات زباني باشد. به بيان ديگر مراحل زير بايد انجام شود[4]:

1) مشخص نمودن ورودي ها و خروجي ها با استفاده از متغيرهاي زباني

2) نسبت دادن توابع تعلق به متغيرها

3) ايجاد قواعد پايه (اساسي)

4) غير فازي سازي (Defuzzification)

متغيرهاي زباني، توابع تعلق و قواعد پايه از تجربيات يک اپراتور ماهر بدست مي‌آيند. قواعد پايه زياد، معمولا منجر به عملکرد بهتري مي‌شوند. سيستم‌هاي فازي “سيستم‌هاي مبتني بر دانش يا قواعد” هستند. قلب يک سيستم فازي يک پايگاه دانش بوده که از قواعد اگر – آنگاه فازي تشکيل شده است. منظور از سيستم فازي در مهندسي سيستم فازي با فازي ساز (Fuzzifier) و غير فازي ساز (Defuzzifier) است، شکل (1) [5].

در يک سيستم غير فازي، تنها يک قاعده در يک زمان خاص وجود دارد ولي در سيستم فازي ممکن است در همان زمان خاص بيش از يک قاعده ولي با قوتهاي متفاوت وجود داشته باشد. اين قواعد با قوتهاي متفاوت منجر به عمليات کلاسيک در خلال پروسه غير فازي سازي مي‌شوند [2]. پروسه‌هاي غير فازي سازي در سيستم‌هاي کنترل فازي استاندارد نيستند. از چندين روش براي اين کار مي‌توان استفاده کرد. مانند:

1) عمليات max-min(and-ro)

2) روش مرکز ثقل (center of gravity) يا COG

 و روشهاي متنوع ديگر.

اساسا اگر چه سيستم‌هاي فازي پديده‌هاي غير قطعي و نامشخص را توصيف مي‌کنند، با اين حال خود تئوري فازي يک تئوري دقيق مي‌باشد. دو توجيه براي تئوري سيستم‌هاي فازي وجود دارد:

1- پيچيدگي بيش از حد دنياي واقعي که منجر به توصيفي تقريبي يا فازي براي مدل کردن يک سيستم مي‌شود.

2- نياز به فرضيه‌اي براي فرموله کردن دانش بشري به شکلي سيستماتيک و قرار دادن آن در سيستم‌هاي مهندسي توجيه دوم وجود تئوري سيستم‌هاي فازي را به عنوان يک شاخه مستقل در علوم مهندسي توجيه مي‌کند[5].

اين پايان نامه شامل فصول زير مي‌باشد:

فصل اول مقدمه

فصل دوم مروري بر تحقيقات گذشته

فصل سوم تحکيم

فصل چهارم منطق فازي و کاربرد آن در مهندسي عمران

فصل پنجم آشنايي با شبکه مفاهيم شبکه عصبي

فصل ششم مدل سازي ضريب فشردگي با استفاده از شبکه‌هاي عصبي-فازي (ANFIS)

فصل هفتم نتيجه گيري و جمع بندي و پيشنهادات.

تعداد صفحه : 128

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --