توسعه یک مدل تجربی جهت تخمین مدول تغییر شکل پذیری توده سنگ با استفاده از نتایج آزمایش های آزمایشگاهی و برجا به کمک منطق فازی (مطالعه موردی: سد بهشت آباد)
Abstract
مدول تغییرشکل پذیری در مهندسی سنگ، به صورت نسبت تنش به تغییر شکل متناظر بارگذاری (تغییرشکل پلاستیک و الاستیک توده سنگ) تعریف می شود. این پارامتر یکی از مناسب ترین پارامترهای نشان دهنده رفتار مکانیکی قبل از شکست توده سنگ می باشد و نقش حیاتی در طراحی اقتصادی و ایمن سازه های سنگی دارد. مدول تغییر شکل پذیری به صورت مستقیم از طریق آزمایش های برجا، و یا به صورت غیر مستقیم به کمک روابط تجربی تعیین می-گردد. در پروژه های بزرگ ژئوتکنیکی، تعیین این پارامتر از طریق آزمایش های برجا انجام می شود. آزمایش بارگذاری صفحه ای یکی از پرکاربردترین آزمایش های برجا برای تعیین مدول توده سنگ می باشد. انجام این آزمایش مستلزم زمان و هزینه زیاد می باشد. اگرچه روابط تجربی متعددی برای تخمین غیر مستقیم مدول توده سنگ وجود دارد، اما هیچ یک از این روابط به تنهایی توصیه نمی شود. در این تحقیق به منظور تعیین مدول تغییر شکل پذیری در ساختگاه سد بهشت آباد، با استفاده از مطالعات دقیق ژئوتکنیکی و شناسایی پارامترهای موثر در تغییر شکل پذیری توده سنگ، مدل سازی نروفازی انجام شد. به منظور مدل سازی در ابتدا نتایج آزمایش-های بارگذاری صفحه ای با استفاده از روش های مختلف تحلیل و تعیین شدند و در نهایت مدول توده سنگ ساختگاه مورد مطالعه به عنوان خروجی مدل در نظر گرفته شد. در مرحله بعد تمامی پارامترهای موثر در مدول توده سنگ، شامل برداشت های صحرایی و خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ بکر نمونه های گرفته شده در محل انجام آزمایش های برجا، در آزمایشگاه تعیین و با استفاده از روش رگرسیون خطی مورد ارزیابی قرار گرفتند. سپس به منظور بررسی روابط تجربی موجود، در محل انجام هر آزمایش برجا، توده سنگ توسط سیستم rmr طبقه بندی شد. مدول توده سنگ با استفاده از روابط تجربی ارائه شده توسط محققان مختلف ارزیابی و با مقادیر اندازه گیری شده توسط آزمایش بارگذاری صفحه ای مقایسه و مقدار خطای هر رابطه محاسبه گردید. نتایج حاصل از این تحلیل نشان داد که رابطه تجربی سرافیم و پریرا، در مقایسه با سایر روابط، مدول توده سنگ را بهتر ارزیابی می-کند. در مرحله آخر، از سیستم نروفازی anfisجهت پیش بینی مقدار مدول در محل انجام هر آزمایش استفاده شد. جهت بهتر شدن کارایی مدل نروفازی در این پایان نامه از خوشه بندی داده های آموزشی برای بدست آوردن مدل اولیه استفاده شد. انتخاب بهترین ترکیب از متغیرهای ورودی مورد نیاز توسط یک روش مبتنی بر حذف تدریجی ورودی ها صورت پذیرفت. پارامترهای درجه هوازدگی، چگالی سنگ بکر، تعداد درزه ها در واحد متر، مدول الاستیک سنگ بکر، مقاومت سنگ بکر و تخلخل به عنوان پارامترهای ورودی انتخاب شدند. نتایج حاصل از تحلیل های نروفازی و مقایسه آن ها با مقادیر اندازه گیری شده نشان داد که این مدل در مقایسه با مدل های تجربی، مدول تغییر شکل پذیری را با دقت بالاتری ارزیابی می کند. ضریب همبستگی عرضی بین خروجی مدل، و مقادیر اندازه گیری شده از آزمایش بارگذاری صفحه ای، برابر 86/0 بدست آمد. خطای مدل نسبت به مقادیر اندازه گیری شده 12% می باشد که در مقایسه با سایر روش های فازی، نروفازی، شبکه های عصبی و روابط تجربی ارائه شده توسط دیگر محققین، دارای خطای کم تری می باشد.