دانلود پایان نامه: تحلیل پایداری شیروانی های خاکی و بهینه یابی سطح لغزش شیروانی ها با استفاده از الگوریتم بهینه یابی

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی عمران

گرایش: مکانیک خاک و پی

عنوان : تحلیل پایداری شیروانی های خاکی و بهینه یابی سطح لغزش شیروانی ها با استفاده از الگوریتم بهینه یابی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد بین الملل جلفا

گروه عمران

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

رشته مهندسی عمران گرایش مکانیک خاک و پی

عنوان :

تحلیل پایداری شیروانی های خاکی و بهینه یابی سطح لغزش شیروانی ها با استفاده از الگوریتم بهینه یابی

استاد راهنما :

جناب آقای دکتر میکائیل یوسف زاده

پاییز 1393

 

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)

چکیده مطالب

یکی از مهم­ترین و در عین حال مشکل­ترین مباحث مکانیک خاک مسئله پایداری شیروانی­ها 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- تعریف شیروانی خاکی.. 8

2-3- تحلیل شیروانی محدود.. 10

2-4- تحلیل شیروانی محدود با سطح لغزش دایره ای.. 11

2-4-1- روش توده برای تحلیل پایداری شیروانی با سطح لغزش دایرهای   11

2-4-2- تحلیل پایداری شیروانی با روش قطعه.. 17

2-4-3- روش بیشاب اصلاح شده.. 20

2-4-4- روش اصلاح شده بیشاب برای خاک های اشباع.. 23

فصل سوم.. 26

3-1- مقدمه.. 27

3-2- تاریخچه بهینه‌سازی.. 29

3-3- کاربردهای بهینه‌سازی در مهندسی.. 30

3-4- دسته‌بندی مسائل مهندسی.. 31

3-4-1- دسته‌بندی بر مبنای وجود قیدها.. 31

3-5- روشهای بهینه سازی الهام گرفته از طبیعت.. 43

3-5-1- مختصری بر الگوریتم ژنتیکی.. 44

3-5-2- مختصری بر الگوریتم جامعه پرندگان.. 47

3-6- نگاهی به روشهای مختلف استفاده شده برای بهینه یابی سطح لغزش شیروانیهای خاکی.. 49

3-6-1- اصول روشهای بهینه سازی در یافتن سطح لغزش بحرانی.. 49

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

3-6-3- متد ارائه شده توسط آریا و تاگیو در استفاده از روش ˝ گرادیان مزدوج˝. 51

3-6-4- روش ارائه شده توسط ناگیو در استفاده از روش سیمپلکس.. 51

3-6-5- متد ارائه شده توسط چن و شائودر استفاده از روش متریک متغیر   52

3-7- مزایای کاربرد روشهای بهینه سازی در تحلیل شیروانی ها.. 54

فصل چهارم.. 55

4-1-  مقدمه.. 56

4-2-تاریخچه الگوریتم جامعه پرندگان.. 57

4-3-  مطالعه رفتار پرندگان و ایده اولیه PSO.. 58

4-3-  الگوریتم PSO.. 58

4-4-  مزیتهای PSO در قیاس با سایر الگوریتمهای جستجو.. 63

4-5- کاربردهای PSO.. 64

4-6- آشنایی با برنامه PSOSLOPE. 65

4-7- مراحل اجرای برنامه PSOSLOPE. 67

فصل پنجم.. 71

5-1- مقدمه.. 72

5-2- تعیین پارامترهای تاثیر گذار در سرعت همگرائی الگوریتم PSO   73

5-3- حل چند مثال عملی و تعیین ضریب اطمینان حداقل سطح لغزش و مقایسه نتایج حاصل با نتایج تحقیق محققان دیگر.. 77

5-4- قابلیتها و مزایای الگوریتم جامعه پرندگان  و تلفیق آن با روش بیشاپ در جستجوی سطح لغزش بحرانی شیروانیهای خاکی.. 90

نتیجه گیری.. 91

پیشنهادات.. 92

منابع و ماخذ.. 93

 

 

 

 

 

فهرست جدول ها

جدول(2-1)موقعیت مرکز دایره پای شیروانی بحرانی.. 17

جدول (5-1) مقایسه نتایج تحلیل مثال 1 در تحقیق حاضر با دیگر محققان   80

جدول(5-2)نتایج تحلیل شیروانی مثال 3 با دیگر محققان.. 83

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

جدول(5-4)نتایج بهینه یابی الگوریتم PSO و نتایج دیگر محققان برای مثال 5  86

جدول(5-5)مشخصات مکانیکی مصالح شیروانی خلکی مثال 6. 87

جدول(5-6) نتایج تحلیل مثال 6 به همراه نتایج دیگر محققان.. 89

 

 

 

 

فهرست شکل ها

شکل(2-1)تحلیل پایداری شیروانی در خاک همگن با >0φ.. 12

شکل(2-2)نمودارهای عدد پایداری در مقابل زاویه شیب شیروانی.. 13

شکل(2-3)موقعیت مرکز دوایر بحرانی برای β>53˚ 15

شکل (2-4) موقعیت مرکز دایره پای شیروانی برای β<53˚ 16

شکل(2-5) موقعیت دوایره عمیق.. 17

شکل(2-6)الف تحلیل پایداری با استفاده از روش قطعه برای سطح لغزش آزمایشی   18

شکل(2-6)ب نیروهای موثر بر قطعه n. 19

شکل(2-7)روش بیشاپ اصلاح شده.(الف)نیروی موثر بر قطعه n ،(ب) چند ضلعی نیروها.. 22

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

شکل(2-9)الف تحلیل شیروانی خاکی به روش بیشاپ به همراه نشت دائمی آب   24

شکل(2-9)ب  نیروهای موثر بر قطعه n ام در روش بیشاپ به همراه نشت دائمی   25

شکل(3-1) باز تاب بدترین راٌس سیمپلکس.. 33

شکل(3-2) نمایی از تابع جبری.. 39

شکل(3-3) فضای طراحی مربوط به مسئله طراحی ستون به صورت نامقید.. 40

شکل(3-4) نحوه جابجایی گره ها در یافتن سطح لغزش بهینه در روش دانکن و سلستینو.. 50

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

شکل(4-3) مشخصات هندسی دایره لغزش در برنامه PSOSLOPE. 66

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

شکل(4-5) خروجی نتایج برنامه PSOSLOPE. 67

شکل (5-1.الف)شیروانی با مشخصات هندسی.. 73

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

شکل (5-2) الف نمودار تاثیر c1,c2 عوامل یادگیری در مقابل تعداد تکرار تحلیل شیروانی.. 75

شکل (5-2)ب نمودار تاثیر c1,c2 عوامل یادگیری در مقابل ضریب اطمینان   75

شکل(5-3)الف نمودار تاثیر تعداد ذرات در مقابل زمان کل بهینهیابی   76

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

شکل(5-4)تعیین محدوده متغییرهای دایره لغزش در شیروانی خاکی.. 77

شکل (5-5) شیروانی خاکی با شیب ملایم 5/1 :1. 78

شکل(5-6)الف نسبت تکرار روند حل به ضریب اطمینانFs. 78

شکل (5-6)ب نمایی از دوایر لغزش آزمایشی.. 79

شکل(5-7)موقعیت دایره لغزش در مثال 1. 79

جدول (5-1) مقایسه نتایج تحلیل مثال 1 در تحقیق حاضر با دیگر محققان   80

شکل(5-8) مقایسه مختصات محل لغزش در روش الگوریتم GA با تحقیق حاضر   80

شکل(5-9.الف)موقعیت دایره لغزش در مثال 2. 81

شکل(5-10.ب) نمودار تعداد تکرار الگوریتم نسبت به ضریب اطمینان Fs برای مثال 2. 81

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

شکل(5-12) سرعت همگرایی الگوریتم PSO برای مثال 3. 82

شکل(5-13)موقعیت دایره لغزش در مثال 3. 83

شکل(5-14) مقایسه مشخصات هندسی دایره لغزش در دو الگوریتم GA و PSO   84

شکل(5-15) تاثیر نشت آب بر موقعیت دایره لغزش و ضریب اطمینانFs. 84

شکل(5-16) مشخصات هندسی شیروانی مثال 5. 85

شکل (5-17) مشخصات هندسی سطح لغزش بحرانی با استفاده از الگوریتم PSO   86

شکل(5-18)نمودار تکرار الگوریتم نسبت به ضریب اطمینان Fs. 87

شکل(5-19)مشخصات هندسی شیروانی خاکی مثال 6. 88

شکل(5-20) نمایش سرعت همگرایی الگوریتمPSO برای مثال 6. 88

شکل(5-21)مشخصات هندسی سطح لغزش شیروانی خاکی مثال 6. 89

شکل(5-22)مشخصات هندسی دایره لغزش در مثال 6 جهت مقایسه دو روش PSO و GA  90

 

 

 

 

 

 

فصل اول

کلیات

 

1-1- مقدمه

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.روشهایی که توسط محققین برای یافتن سطح لغزش بکار گرفته میشود را می توان به دسته کلی تقسیم کرد. که این سه دسته عبارتند از:

(الف) روش عددی حساب تغییرات   (ب) روش توده خاکی     (ج) روش بهینه سازی الهام گرفته از .

از بین روش های ذکر شده روشهای بهینه سازی الهام گرفته از طبیعت بیشترین استفاده را برای تعیین بحرانی ترین سطح لغزش داشته است. بهینه سازی سطح لغزش شیروانی ها از مسائل بهینه سازی بدون قید بوده که امروزه این روش ها گستره خوبی داشته اند، هرچند که هنوز امکان زیادی برای گسترش آنها وجود دارد.

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. لذا با جمع آوری، مقایسه و تحلیل نتایج بدست آمده از روش های گوناگون بهینه یابی، میتوان روش مناسب جهت تحلیل مسائل مهندسی را انتخاب و پیشنهاد نمود. با تحقیقات و بررسی حتی انجام شده نسبت به الگوریتم های بهینه یابی مختلف جهت تحلیل شیروانی های خاکی،در تحقیق فوق نتیجه زیر حاصل شده است که: جهت یافتن سطح لغزش در شیروانی های خاکی استفاده از الگوریتم جامعه پرندگان به دلایلی که در زیر ذکر میشود مناسب میباشد.

یکی از روش های بهینه یابی نوین، روش جامعه  است که مزایای روش فوق نسبت به سایر روش ها به این شرح می باشد:

1-دارای مکانیزم آسان جهت استفاده از کامپیوتر

2-بررسی روابط ریاضی ساده

3-استفاده از خود تابع هدف به جای استفاده از مشتقات آن بر خلاف دیگر روش ها

4- سرعت بالای همگرایی به جواب این الگوریتم اشاره نمود.

با توجه به  اهمیت تعیین سطح لغزش بحرانی شیروانی ها،در این تحقیق تلاش می شود با تحلیل شیروانی ها به روش بی شاپ اصلاح شده و تلفیق آن با الگوریتم جامعه پرندگان و انتخاب مناسب متغییرهای پایداری شیروانی راه حل مناسبی جهت کاهش میزان آنالیز و همگرایی سریعتر الگوریتم ارائه گردد. روش های بهینه یابی که تا کنون مورد استفاده بوده است دارای محدودیت ها و مشکلات خاص خود میباشند، به عنوان مثال آریا و ، با استفاده از روش گرادیان مزدوج سطح لغزش غیر دایره ای بحرانی در شیروانی ها را تعیین کرده اند. در این روش نیاز به مشتق مرتبه اول تابع ضریب اطمینان میباشد که در بعضی مسائل از پیچیدگی بالایی برخوردار میباشد.  نیز از روش سیمپلکس برای یافتن سطح گسیختگی استفاده نموده است که در این روش احتمال درگیر شدن در بهینه محلی زیاد میباشد. در سالهای اخیر ملکاوی برای بهینه یابی سطح لغزش از روش مونت کارلو استفاده نموده اند که با توجه به مفاهیم روش بهینه یابی مونت کارلو، استفده از این روش جهت مدل سازی برای استفاده از کامپیوتر مشکل و 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.

تعداد صفحه : 113

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

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.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید