بخشی از مقاله
خلاصه
هنگام تعیین نیروي وارد بر دیوارهاي حائل در روش هاي آنالیز حدي مرز بالا و تعادل حدي، به عنوان یک پیش فرض کلی همیشه بایستی در بدو امر، به جستجوي مکانیسم گسیختگی بحرانی پرداخت. در این گونه مطالعات می توان شکل سطح گسیختگی را بصورت صفحه اي یا دایره اي و مکانیسم گسیختگی را از نوع انتقالی، دورانی و یا انواع گسیختگی هاي پیچیده اي که تمامی این حرکات را در بردارد، در نظر گرفت. در تحقیق حاضر براي تعیین نیروي محرك وارد بر دیوار حائل از روش مرز بالاي آنالیز حدي استفاده شده است. در این روش براي تعیین نیروي محرك وارد بر دیوار از دو بلوك انتقالی استفاده شده است. براي بهینه سازي شکل گوه هاي گسیختگی از روش الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. نتایج به دست آمده در این تحقیق با نتایج دیگر روشها نظیر کولمب و رانکین تطابق مناسبی نشان می دهند.
.1 مقدمه
در روش آنالیز دیوارهاي حائل و بررسی پایداري به روش حد بالا، نیروهاي وارد بر دیوار وابستگی زیادي به مکانیزم گسیختگی انتخابی دارند .[1] بطور کلی، روشهاى حدى را می توان به سه گروه: تعادل حدى، خطوط مشخصه و آنالیز حدى تقسیم نمود. روش هاى حدى روش هایی تقریبی جهت حل دقیق مسائل مقدار مرزى می باشند. در روش تعادل حدى با انتخاب معیار گسیختگی و در نظر گرفتن یک مکانیسم گسیختگی فرضی، بار حدى به کمک حل تمام یا بخشی از معادلات تعادل در تودة خاك گسیخته شده بدست می آید. کالتابیانو و همکاران با استفاده از روش تعادل حدي به بررسی لغزش دیوارهاي حائل در حالت استاتیکی و لرزه اي پرداخته اند .[2]
در روش خطوط مشخصه، ابتدا معیارى براى رفتار خمیرى خاك در نظر گرفته می شود و از ترکیب این معیار با معادلات تعادل، دستگاهی از معادلات دیفرانسیل هذلولی بدست می آید که به معادلات تعادل خمیرى موسوم هستند. حل این معادلات با درنظر گرفتن شرایط مرزى منجر به تعیین میدان تنش در تودة خاك مورد بررسی و در نهایت تعیین بار حدى می گردد .[ 3] در میان روشهاى حدى، روش آنالیز حدى بدلیل اینکه جایگاه و دقت پاسخ هاى حاصل از آن مشخص است، از اهمیت بیشترى برخوردار است. استفاده از روش آنالیز حدى در مسائل مهندسی ژئوتکنی ک به حدود 80 سال پیش بر می گردد.
فرضیات برقرارى رفتار صلب – پلاستیک مصالح، اصل کار خمیرى حداکثر - اصل هیل - و برقرارى قانون نرمالیته یا قانون جریان وابسته، در اثبات مرز بالا و پائین بودن پاسخ هاى این روش مورد استفاده قرار گرفته اند که اعتبار نسبی آنها براى حل مسائل پایدارى درمحیط هاى خاکی توسط محققان مختلف به اثبات رسیده است.[4] اولین مفاهیم پلاستیسیته در خاك با ارائه نظریه کولمب در سال - 1776 - مطرح گردید .[5]کولمب ضمن استفاده از مفهوم تعادل خمیري در حالت حدي، فشار جانبی خاك را بر دیوارهاي حائل بدست آورد. پس از وي رانکین - - 1857 تعادل خمیري توده اي نامحدود از خاك را در حالت حدي تحلیل نمود .[6] فین - 1967 - پیشنهاد نمود که قابلیت اطمینان به روش آنالیز حدي، بوسیله سطح لغزش طبیعی م شاهده شده در مدل هاي آزمایشگاهی می تواند افزایش یابد .[7]
عموما تفاوت مکانیزم گسیختگی ها در بحث دیوارهاي حائل، وابسته به انواع متفاوت حرکت دیوار می باشد. این بحث به روشنی توسط مشاهدات تجربی جیمز و برامزبی - 1970 - براي فشار محرك و مقاوم بررسی شده است .[ 8] چن - 1973 - نیروهاي وارد بر دیوارهاي حائل در حالت محرك و مقاوم را بروش حد بالا محاسبه و نتایج تحقیق خود را با تئوري هاي موجود مقایسه نمود .[9] مکانیزم گسیختگی استفاده شده توسط چن با مشاهدات جیمز و برامزبی در هر دو حالت محرك و مقاوم تطبیق داده شده است.
اغلب روشهاى استفاده شده براى تعیین نیروى محرك وارده بر دیوارهاى حائل بر پایه تحلیل هاى روش تعادل حدى[12,11,10] یا روش مرز بالاى آنالیز حدى بوده است 13] .[ در روش مرز بالا، مسایل با لحاظ کردن شرایط سینماتیکی حل می شوند. در این روش با در نظر گرفتن یک میدان سرعت فرضی و مساوي قرار دادن نمو کار نیروهاي داخلی و خارجی، جواب مسائل - همچون: نیروهاي وارد بر دیوارهاي حائل، ظرفیت باربري پی ها، پایداري شیب ها و ... - محاسبه می شود.
بر اساس قضیه مرز بالا، اگر میدان سرعت در نظر گرفته شده، شرایط مرزي سرعت و شرایط سازگاري را برآورده کند، بار محاسبه شده بیش از بار گسیختگی واقعی خواهد بود. در تحقیق حاضر، به تعیین شکل گوه هاي گسیختگی بحرانی دیوارهاي حائل به روش مرز بالاي آنالیز حدي پرداخته شده است. براي بهینه سازي و تعیین شرایط بحرانی گوه ها از روش بهینه سازي الگوریتم ژنتیک استفاده شده و نتایج عددى بدست آمده به منظور تعیین اعتبار پاسخ هاى تحلیلی، با نتایج دیگر روشها مقایسه شده است.
.2 روش بهینه سازي مورد استفاده
الگوریتم ژنتیک تکنیک جستجویی در علم رایانه براي یافتن راهحل تقریبی براي بهینهسازي و مسائل جستجو است. الگوریتم ژنتیک نوع خاصی از الگوریتمهاي تکامل است که از تکنیکهاي زیستشناسی مانند وراثت و جهش استفاده میکند که به عنوان یکی از روشهاي تصادفی بهینه یابی شناخته شده، توسط جان هالند در سال 1967 ابداع شدهاست. بعدها ا ین روش با تلاشهاي گلدبرگ 1989، مکان خویش را یافته و امروزه نیز بواسطه تواناییهاي خویش، جاي مناسبی در میان دیگر روشها داردالگوریتمهاي. ژنتیک معمولاً به عنوان یک شبیهساز کامپیوتر که در آن جمعیت یک نمونه انتزاعی - کروموزومها - از نامزدهاي راهحل یک مسأله بهینهسازي به راه حل بهتري منجر شود، پیادهسازي میشوند.
به طور سنتی راهحلها به شکل رشتههایی از 0 و 1 بودند، اما امروزه به گونههاي دیگري هم پیادهسازي شدهاند. فرضیه با جمعیتی کاملاً تصادفی منحصر بفرد آغاز میشود و در نسلها ادامه مییابد. در هر نسل گنجایش تمام جمعیت ارزیابی میشود، چندین فرد منحصر در فرایندي تصادفی از نسل جاري انتخاب میشوند - بر اساس شایستگیها - و براي شکل دادن نسل جدید، اصلاح میشوند - ک سر یا دوباره ترکیب میشوند - و در تکرار بعدي الگوریتم به نسل جاري تبدیل میشو. در این الگوریتم اعضاي شایسته یک نسل براي ایجاد نسلی از اعضاي احتمالاً شایستهتر، ترکیب میشوند.
تفاوت این روش با روشهاي کلاسیک بهینه سازي در دو مورد کلی است:
.1در الگوریتم ژنتیک به جاي تولید یک نقطه در هربار تکرار، یک جمعیت شامل تعدادي نقطه تولید می شود.
.2در هنگام انتخاب جمعیت بعدي برخلاف روشهاي متداول، به جاي انتخابهاي قطعی از انتخابهاي تصادفی در محاسبات استفاده می شود. که: :Npop تعداد جمعیت، : Maxgen حداکثر تعداد نسلها، :Pcross احتمال انجام ادغام، : Pmutation احتمال انجام جهش می باشند. روند بهینه سازي در محیط نرم افزار متلب در شکل - 1 - نمایش داده شده است.
.3 تعیین نیروي محرك وارد بر دیوار حائل به روش آنالیز حدي - مرز بالا -
براي تعیین ضریب اطمینان واژگونی و همچنین کنترل پایداري داخلی دیوار حائل نیاز به محاسبه نیروي محرك وارد بر دیوار می باشد. در تحقیق حاضر، مکانیسم گسیختگی در نظر گرفته شده براي تعیین نیروي محرك وارد بر دیوار حائل به روش مرز بالا مطابق با شکل - - 2 می باشد. مطابق شکل - - 2 مکانیزم گسیختگی از 2 بلوك مثلثی A و B تشکیل شده است. در این مکانیسم خاك پشت دیوار داراي اصطکاك و چسبندگی می باشد. روابط نوشته شده در روش مرز بالا نشان می دهد در مکانیسم فرضی درنظر گرفته شده، با مشخص نمودن 4 متغییر ورودي می توان سایر پارامترهاي مجهول را تعیین نمود. بردارهاي سرعت در نظر گرفته شده مطابق شکل - - 3 می باشد.
