چکیده مطالب

يکي از مهم­ترين و در عين حال مشکل­ترين مباحث مکانيک خاک مسئله پايداري شيرواني­ها است.  تحلیل پایداری شیروانی های خاکی به منظور تعیین محتمل ترین فرآیند گسیختگی یا به عبارتی دیگر یافتن کمترین ضریب اطمینان، یکی از مسائل مهم مهندسی ژئوتکنیک است. از بین روش های ذکر شده روشهای بهینه سازی الهام گرفته از طبیعت بیشترین استفاده را برای تعیین بحرانی ترین سطح لغزش داشته است. در میان روشهای گوناگون بهینه یابی، روشی که بتواند سطح لغزش بحرانی را در زمان کوتاهتر و با حجم آنالیز کمتر پیدا نماید نسبت به روش های دیگر از برتری بیشتری برخوردار می باشد. یکی از روش های بهینه یابی نوین، روش جامعه پرندگان است. در 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. 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 می گردد.

واژه های کلیدی: پایداری شیروانی، بهینه یابی، سطح لغزش، بیشاپ، ضریب اطمینان

فهرست مطالب

فصل اول.. 1

1-1- مقدمه.. 2

1-2- اهداف پایان نامه.. 4

1-3- فصل بندی پایان نامه.. 5

فصل دوم.. 7

2-1- مقدمه.. 8

2-2- تعريف شيرواني خاکي.. 8

2-3- تحليل شيرواني محدود.. 10

2-4- تحليل شيرواني محدود با سطح لغزش دايره اي.. 11

2-4-1- روش توده براي تحليل پايداري شيرواني با سطح لغزش دايرهاي   11

2-4-2- تحليل پايداري شيرواني با روش قطعه.. 17

2-4-3- روش بيشاب اصلاح شده.. 20

2-4-4- روش اصلاح شده بيشاب براي خاک هاي اشباع.. 23

فصل سوم.. 26

3-1- مقدمه.. 27

3-2- تاريخچه بهينه‌سازي.. 29

3-3- كاربردهاي بهينه‌سازي در مهندسي.. 30

3-4- دسته‌بندي مسائل مهندسي.. 31

3-4-1- دسته‌بندي بر مبناي وجود قيدها.. 31

3-5- روشهاي بهينه سازي الهام گرفته از طبيعت.. 43

3-5-1- مختصري بر الگوريتم ژنتيكي.. 44

3-5-2- مختصري بر الگوريتم جامعه پرندگان.. 47

3-6- نگاهي به روشهاي مختلف استفاده شده براي بهينه يابي سطح لغزش شيروانيهاي خاکي.. 49

3-6-1- اصول روشهاي بهينه سازي در يافتن سطح لغزش بحراني.. 49

3-6-2- روش ارائه شده توسط سلستيون و دونسن.. 49

3-6-3- متد ارائه شده توسط آريا و تاگيو در استفاده از روش ˝ گراديان مزدوج˝. 51

3-6-4- روش ارائه شده توسط ناگيو در استفاده از روش سيمپلكس   51

3-6-5- متد ارائه شده توسط چن و شائودر استفاده از روش متريك متغير   52

3-7- مزاياي کاربرد روشهاي بهينه سازي در تحليل شيرواني ها.. 54

فصل چهارم.. 55

4-1-  مقدمه.. 56

4-2-تاريخچه الگوريتم جامعه پرندگان.. 57

4-3-  مطالعه رفتار پرندگان و ايده اوليه PSO.. 58

4-3-  الگوريتم PSO.. 58

4-4-  مزيتهاي PSO در قياس با ساير الگوريتمهاي جستجو.. 63

4-5- كاربردهاي PSO.. 64

4-6- آشنايي با برنامه PSOSLOPE. 65

4-7- مراحل اجراي برنامه PSOSLOPE. 67

فصل پنجم.. 71

5-1- مقدمه.. 72

5-2- تعيين پارامترهاي تاثير گذار در سرعت همگرائي الگوريتم PSO   73

5-3- حل چند مثال عملي و تعيين ضريب اطمينان حداقل سطح لغزش و مقايسه نتايج حاصل با نتايج تحقيق محققان ديگر.. 77

5-4- قابليتها و مزاياي الگوريتم جامعه پرندگان  و تلفيق آن با روش بيشاپ در جستجوي سطح لغزش بحراني شيروانيهاي خاکي.. 90

نتيجه گيري.. 91

پيشنهادات.. 92

منابع و ماخذ.. 93

فهرست جدول ها

جدول(2-1)موقعيت مرکز دايره پاي شيرواني بحراني.. 17

جدول (5-1) مقايسه نتايج تحليل مثال 1 در تحقيق حاضر با ديگر محققان   80

جدول(5-2)نتايج تحليل شيرواني مثال 3 با ديگر محققان.. 83

جدول(5-3)مشخصات مصالح شيرواني مثال5. 85

جدول(5-4)نتايج بهينه يابي الگوريتم PSO و نتايج ديگر محققان براي مثال 5. 86

جدول(5-5)مشخصات مکانيکي مصالح شيرواني خلکي مثال 6. 87

جدول(5-6) نتايج تحليل مثال 6 به همراه نتايج ديگر محققان.. 89

فهرست شکل ها

شکل(2-1)تحليل پايداري شيرواني در خاک همگن با >0φ.. 12

شکل(2-2)نمودارهاي عدد پايداري در مقابل زاويه شيب شيرواني.. 13

شکل(2-3)موقعيت مرکز دواير بحراني براي β>53˚ 15

شکل (2-4) موقعيت مرکز دايره پاي شيرواني براي β<53˚ 16

شکل(2-5) موقعيت دوايره عميق.. 17

شکل(2-6)الف تحليل پايداري با استفاده از روش قطعه براي سطح لغزش آزمايشي   18

شکل(2-6)ب نيروهاي موثر بر قطعه n. 19

شکل(2-7)روش بيشاپ اصلاح شده.(الف)نيروي موثر بر قطعه n ،(ب) چند ضلعي نيروها   22

شکل(2-8) مقدارmα(n)  بر حسب (tanφ)/Fs و nα. 23

شکل(2-9)الف تحليل شيرواني خاکي به روش بيشاپ به همراه نشت دائمي آب   24

شکل(2-9)ب  نيروهاي موثر بر قطعه n ام در روش بيشاپ به همراه نشت دائمي   25

شكل(3-1) باز تاب بدترين راٌس سيمپلکس.. 33

شکل(3-2) نمايي از تابع جبري.. 39

شكل(3-3) فضاي طراحي مربوط به مسئله طراحي ستون به صورت نامقيد.. 40

شكل(3-4) نحوه جابجايي گره ها در يافتن سطح لغزش بهينه در روش دانكن و سلستينو. 50

شکل(4-1) نحوه تاثير روابط PSO بر حرکت ذره.. 60

شکل(4-3) مشخصات هندسي دايره لغزش در برنامه PSOSLOPE. 66

شکل(4-4) نحوه وارد نمودن وروديهاي برنامه PSOSLOPE. 66

شکل(4-5) خروجي نتايج برنامه PSOSLOPE. 67

شکل (5-1.الف)شيرواني با مشخصات هندسي.. 73

شکل(5-1.ب) نمودار نسبت w (تابع وزن اينرسي) به تعدادتکرار الگوريتمPSO   74

شکل (5-2) الف نمودار تاثير c1,c2 عوامل يادگيري در مقابل تعداد تکرار تحليل شيرواني. 75

شکل (5-2)ب نمودار تاثير c1,c2 عوامل يادگيري در مقابل ضريب اطمينان.. 75

شکل(5-3)الف نمودار تاثير تعداد ذرات در مقابل زمان کل بهينهيابي. 76

شکل(5-3)ب نمودار تاثير تعداد ذرات به مقدار Fs. 76

شکل(5-4)تعيين محدوده متغييرهاي دايره لغزش در شيرواني خاکي.. 77

شکل (5-5) شيرواني خاکي با شيب ملايم 5/1 :1. 78

شکل(5-6)الف نسبت تکرار روند حل به ضريب اطمينانFs. 78

شکل (5-6)ب نمايي از دواير لغزش آزمايشي.. 79

شکل(5-7)موقعيت دايره لغزش در مثال 1. 79

جدول (5-1) مقايسه نتايج تحليل مثال 1 در تحقيق حاضر با ديگر محققان   80

شکل(5-8) مقايسه مختصات محل لغزش در روش الگوريتم GA با تحقيق حاضر   80

شکل(5-9.الف)موقعيت دايره لغزش در مثال 2. 81

شکل(5-10.ب) نمودار تعداد تکرار الگوريتم نسبت به ضريب اطمينان Fs براي مثال 2. 81

شکل(5-11) مشخصات شيرواني همگن مثال 3. 82

شکل(5-12) سرعت همگرايي الگوريتم PSO براي مثال 3. 82

شکل(5-13)موقعيت دايره لغزش در مثال 3. 83

شکل(5-14) مقايسه مشخصات هندسي دايره لغزش در دو الگوريتم GA و PSO.. 84

شکل(5-15) تاثير نشت آب بر موقعيت دايره لغزش و ضريب اطمينانFs. 84

شکل(5-16) مشخصات هندسي شيرواني مثال 5. 85

شکل (5-17) مشخصات هندسي سطح لغزش بحراني با استفاده از الگوريتم PSO   86

شکل(5-18)نمودار تکرار الگوريتم نسبت به ضريب اطمينان Fs. 87

شکل(5-19)مشخصات هندسي شيرواني خاکي مثال 6. 88

شکل(5-20) نمايش سرعت همگرايي الگوريتمPSO براي مثال 6. 88

شکل(5-21)مشخصات هندسي سطح لغزش شيرواني خاکي مثال 6. 89

شکل(5-22)مشخصات هندسي دايره لغزش در مثال 6 جهت مقايسه دو روش PSO و GA  90