بخشی از مقاله
طراحي يک سيستم جامع و کامل براي ويژگيهاي خاک اشباع نشده
چکيده مطالب
منحني ويژگيهاي آب و خاک (swcc) عملکرد خاک در ارتباط به محتواي آبي در خاک براي مکيدن خاک است بسياري از ويژگيهاي خاک مي‌توانند با محتواي آبي در برابر روابط مکشي خاک ارتباط داشته باشند. رسانايي هيدروليک قدرت لايه‌هاي تعرق مواد شيمیايي، جذب مواد شيمیايي، محتواي آب غير مجهز، گرماي خاص رسانايي حرارتي و تغييرات حجمي همراه عملکرد منحني هستند. قضاوت درست بايد در راستاي توصيف ارتباط بين عمليات خاک باشد قوانين قضاوت توسط
سيستم جامعي بر اساس مشاهدات و روابط تجربي در بين ويژگيهاي خاک، تقويت مي‌شود. يک سيستم مهم در طي سيستم کنترل پايگاه داده‌ها بهعنوان برنامه پايگاه داده اي Microsoft Access توسعه يافت. که باعث ارائه محيط مناسبي براي ترکيب مستقيم و پايگاه داده‌ها و دانش کاربري شود اين سيستم يک منحني مخصوص آب و خاک را به همراه ديگر ويژگيهاي خاک با استفاده از داده‌هاي طبقه بندي خاک مثل توزيع اندازه دانه، چگالي و جاذبه، ارائه ميدهد و تمام ويژگيهاي خاک پيچيده را در طي کاهش هزينه‌ها و زمان مورد بررسي قرار ميدهد.
مقدمه
نظر به هدايت کننده رفتار خاک اشباع نشده چندين سال در دسترس بوده و فشار داده شده که منحني ويژگي آب وخاک، ارتباط اصلي در توصيف رفتار خاک اشباع نشده است. تحقيقات نشان داده‌اند که ارتباطات تجربي براي توصيف عملیات مربوط به اين منحني استفاده مي‌شوند. اين ارتباطات براي پيش بيني رفتار خاک در موارد زير به کار مي‌رود. قابليت نفوذ، قدرت لايه‌ها، ويژگيهاي حرارتي، تعرق و جذب. اصول رفتار خاک اشباع نشده در اين سيستم جامع اطلاعاتي وجود دارد. ويژگيهاي کلي خاک در قالب اطلاعات اوليه نهفته است. ويژگي ايبعدي در قالبي با ارتباطات مربوط به قالب اصلي خاک است. متخصصين در زمينه تحقيق روي انتشارات فعلي، بايد ارزش کافي برخوردار باشند. اطلاعات خاکي براي پايگاه داده‌هاي خاک را مي‌توان از چندين منبع با حدود 6000 خاک در پايگاه بدست آورد.
تعريف مشخص
مکانيک خاک کلاسيک روي انواع مختلف خاک تکيه دارد، کتب اين انواع خاک را به صورت کاملا خشک يا در شرايط کاملا اشباع شده بررسي کردند. اخيرا نشان داده شده که بايد به خاک‌هايي توجه کرد که در رسته‌ها و طبقه بندي‌هاي مشترک نيستند. نسبت بزرگي از اين خاک‌ها به خاکهاي اشباع نشده تقسيم مي‌شوند. که به خاطر پيچيدگي رفتار، مطلوب نيستند و شامل پيش از دو فاز بوده و قوانين طبيعي هدايت گرفتار آن متغير هستند. مورد اصلي در رفتار خاک اشباع نشده، ارتباط بين هوا و خاک در خاک اشباع نشده است. اين ارتباط همان SWCC است. مطالعات آزمايشگاهي نشان داد که بين اين منحني و ويژگيهاي خاک اشباع نشده ارتباط برقرار است. ويژگيهايي مثل رسانايي هيدروليک، قدرت لايه‌ها، فرض محتواي آب غير منجمد ، گرماي خاص، رسانايي حرارتي، تعرق و جذب، با swcc مربوط است. تا الان روش ترکيب ويژگيهاي خاک اشباع نشده در يک سيستم وجود نداشته است. سيستم اطلاعات راهي براي پيوند ويژگيهاي پيچيده براي توصيف رفتار خاک اشباع نشده ارائه ميدهد.
منحني ويژگيهاي آب به خاک (swcc).
Swcc، که منحني رطوبت يا غير اشباع بودن خاک است يک عملکرد سيگيوئيدي مداوم براي نشان دادن ظرفيت و ذخيره آب خاک مي‌باشد. اين همان ارتباط بين محتواي حجمي آب‌ها و حالت فشاري (va-vw) است. swcc ابزاري براي اشتقاق و پيوند رفتارهاي خاک مثل قابليت نفوذ، قدرت لايه‌ها و تغيير حجم است و اساس رفتارهاي مهندسي خاک غير اشباع است. swcc ابزاري براي ارتباط ويژگيهاي خاک با هم و کنترل وضعيتي ارائه ميدهد که که در آن رفتار مهندسي محاسبه مي‌شود. اين امر براي الگو برداري پيش از يک جنبه از رفتار خاک در يک تحقيق، مهم است. swcc حاوي سر مثبت مهم اطلاعات است توزيع اندازه قطب، ميزان
آب موجود در قطب در هر کنش و حالت فشاري خاک و آب و خاک SWcc داراي سه مرحله است که روند منحني اشباع بدون خاک را نشان ميدهد اين موارد در قسمت زير آمده اند.
1-ناحيه اشباع مويين که در آن قطب در فشار است ولي به خاطر نيروهاي مويين، اشباع مي‌ماند. در اين مرحله در حجم ورودي آب تمام مي‌شود که در آنجا عمل مکش بز نيروهاي آب مويين در خاک فائق شده و آب وارد قطب‌هاي خاک مي‌شود.
2-ناحيه غير اشباع که در آن در ذرات جذب مي‌شود و به شکل بخار جريان مي‌يابد. در اينجا مکش اهميت فيزيکي خود را از دست ميدهد در عوض شرايطي براي انرژي لازم جهت کنار گذاشتن يک واحد آب از انبوه خاک به وجود مي‌آيد اين مرحله در خشکي روي اجاق تمام مي‌شود. وقتي خاک تا 150 گرم مي‌شود به مکش 1*106kpa مي‌رسد و محتواي آب آن صفر مي‌شود اين نقطه براي تمام خاک‌ها نقطه عطف است هر نيرويي که از آن بدست نيامده است از نظر شيميايي با خاک پيوند دارد به توجه به رفتار مهندس مهم نيست.
Swcc يک ويژگي خاک است که براي مشتق شدن عمليات خاک و ارائه مرجعي براي حالت فشاري هم کار برد که از آن مرجع، ويژگيها محاسبه مي‌شوند.يعني تضمين مي‌شود که هر ويژگي خاک در يک حالت مشابه محاسبه مي‌شود.
روشهاي کسب swcc روشهاي بسياري در يک سيستم جامع براي کسب swcc در يک خاک وجود دارد روش به کار رفته بايد از طريق استفاده براي روشي باشد که swcc آن با دقت طراحي شده است به خاطر هزينه بالاي تعيين swcc و تجهيزات آزمايشگاهي و زمان لازم براي کار، روشهاي جايگزين مطلوب است اين سيستم سه روش در تعيين swcc ميدهد. اولي حاوي بررسي جايگاه داده‌ها براي خاکي با ويژگيها يا؟ به اين که swcc مشابهي دارد. دوم اين سيستم با ا؟ مناسب براي ويژگيهاي خاک ميدهد روش سوم اين است که بين توزيع اندازه دانه‌ها و swcc ارتباط برقرار است اين روش باعث پيش بيني swcc از توزيع اندازه خاک مي‌شود روش نهايي براي کسب swcc به اطمينان کاربرد در هر روش مربوط ا
ست.
پيش بيني ويژگيهاي خاک غير اشباع بر اساس swcc
بررسي‌هاي آزمايشگاهي نشان داده که ارتباط بين منحني و ؟ غير اشباع خاک وجود دارد براي تاکيد اين قسمت رو نوشتاري براي تعيين روشهاي پيش بيني انجام شده است تحقيقات زيادي در پيش بيني ويژگيهاي خاک غير اشباع انجام شده است پيش بيني اي هماهنگ با مستقيم، بر اساس معيارهاي زير انتخاب شده است، اول روش
پيش بيني آماري لازم نيستند و روشهاي پيش بيني در صورت قابل قبول هستند که در رفتار خاک بررسي مي‌شوند. دوم روشهاي پيش بيني دقيق بايد ارائه شود.
جمع آوري اطلاعات:
مهمترين فرآنيد در سيستمهاي مبتني بر اطلاعات، جمع آوري اطلاعات، است چگونگي و محل جمع آوري اطلاعات ارزش سيستم را تعيين مي‌کند. اطلاعات مورد استفاده در اين مقاله از سه منبع جمع آوري شده‌اند با متخصصين خاکهاي اشباع نشده جهت بدست آوردن روشهاي معمول در اين زمينه مصاحبه شدند. براي ديتابسي سيستم اطلاعات منحني، ويژگيهاي آب و خاک مورد نياز بودند در آخر، براي تعيين مهمترين عامل در مورد خاکهاي اشباع نشده. نرم افزار کامپيوتري اين زمينه مورد مطالعه دوباره قرار گرفتند اين اطلاعات براي رسيدن به توابع توضيح دهنده ويژگيهاي خاک اشباع نشده باهم ترکيب شدند. مصاحبه با متخصصين: اطلاعات بسياري در مورد خاکهاي اشباع نشده تنها از طريق نقب زدن در اذهان اشخاصي که به تحقيق در اين زمينه مشغول هستند. بدست مي‌آيد نبودن متون- نوشته شده در مورد تکنيکهاي جديد اعتماد کردن به تجربه‌هاي ديگران در اين زمينه را لازم مي‌دارد. D.G Frediund و G.W Wilson نکات و راهنماييهايي را در مورد طراحي و روش نمايش اطلاعات در سيستم تهيه کردند. تحقيق انجام شده. توسط D.G.F در تئوري فيزيکي چگونگي رفتار خاک اشباع شده پايه‌هاي توسعه سيستم را بنا نهاده است از زماني که swcc براي سيستم حالت مرکزي دارد توصيه‌هاي D.G.F نيز مورد نمايش و اجراء دريافت شده است
اطلاعات اجرا ويژگيهاي دما در سيستم توسط G.W.W و. کالج SLB تهيه شدند که رفتار خاک تهيه شدند که رفتار خاک اشباع نشده را در محيطهاي دراراي حمل و نقل آلوده توضيح مي‌دهند. به WR نيز براي تامين داده در تعيين روشهايي براي پيش بيني هدايت هيدروليک اشباع شده، بايد توجه شود. نکات ذکر شده توسط متخصصين مبناهايي را براي طراحي سيستم به خوبي قوانين hevristic که در مورد خاک اشباع نشده مورد استفاده قرار گرفتند، ارائه داده است
تحقيق در نوشته‌هاي حاضر:
منابع و نوشته‌هاي بسياري براي تعيين بهترين روش تخمين براي استفاده در سييستم اطلاعات مورد بررسي قرار گرفتند. روشهاي تخمين مورد استفاده در سيستم اطلاعات مورد بررسي قرار گرفتند. روشهاي تخمين مورد استفاده در سيستم اطلاعات در جدول I خلاصله شده اند.جمع آوري پايگاههاي داده موجود: نقطه شروع در توسعه سيستمهاي مبتني بر اطلاعات داده‌هايي تجربي موجود بودند. وقتي يک پايگاه داده خاک جمع آوري مي‌شود محاسبات آماري جهت چک کردن اعتبار تخمينهاي تئوري به خوبي تهيه تخميني براي منطقي بودن ويژگيهاي خاک موجود، انجام مي‌شود اطلاعات خاک پيوسته به سيستم افزوده مي‌شوند، اما، اطلاعات خاک پيوسته به سيستم افزوده مي‌شدند. اما اطلاعات و داده‌هاي اصلي از چهار منبع اصلي بدست مي‌آمدند. صدها تحقيق منتشر شده حاوي swccها، مورد بررسي قرار مي‌گرفتند و بوسيله همکاري چند نوسينده به پايگاه داده 200 خاک افزوده و يا ترکيب شدند. R.D.W از USDA، اطلاعات خاک براي 770 نوع خاک حاوي (اندزه دانه) تجربي، تجربي، هي
ديت هيدروليک و SWCC توسط F.L از USDA نوشته شد. به طور خلاصه، پايگاه داده اي به مقدار بالغ بر 6000 نوع خاک از سراسر دنيا بدست آمد.
مطالعه فرآيند‌هاي مدل سازي کامپيوتر موجود:
توابع ورودي مورد نياز در 5 برنامه که در زير ليست شده‌اند بعنوان معيار توابع خاکي که از همه انوع بيشتر در مدلينگ خاک اشباع نشده مورد استفاده دارند، استفاده شدند. برنامه‌هاي مدلينگ خاک اشباع نشده مورد استفاده دارند، برنامه‌هاي مدلينگ SEEPAGE براي خاک اشباع نشده عموما به منحني ويژگيهاي خاک –آب نياز دارند. اني منحني‌هاي به دو روش اصلي از سيستم اطلاعات قابل حصول است. اين منحي‌ها تئوري تخمين زده شوند يا از طريق داده‌هاي تجربي در مورد خاکهاي
مشابه حاصل شوند. TEMP/W تحليل دماي زوج نشده را براي خاک انجام ميدهد و بنابراين نياز به توابع وصف کننده هدايتا گرمايي و ظرفيت گرماي ويژه دارند.SOILCOVER يک نرم افزار المان محدود، يک بعدي و کوپل شده است که تغييرات مرزي پيوسته را در سطح اشباع نشده مدل هدايت گرمايي، ظرفيت گرماي ويژه و محتواي آب يخ نزده نياز دارد براي ارضاع نيازه‌هاي اين برنامه، سيستم اطلاعات براي تامين توابع نشان دهنده SWCC، هدايت هيدروليک در مقابل suction، هدايت گرمايي در مقابل suction، ظرفيت گرمايي ويژه در مقابل suction و محتواي آب يخ نزده د
ر مقابل درجه‌هاي زير يخ زدن، مناسب مي‌باشد برنامه SIGMA/W قادر به مدلينگ زوج نشده حالت بحراني خاک اشباع نشده مي‌باشد براي مدل کردن اين پديده، توابع وصف کننده رابطي بين قدرت قيچي خاک اشباع نشده و ساکشن و استرس يا بحران معمولي نياز است سيستم ميتني بر اطلاعات روش تخمين اين موارد را فراهم مي‌آورد. براي مدل کردن تغييرات حجمي خاک يا
برنامه‌هاي کامل کوپل شده، سيستم اطلاعات همچنين براي فراهم آوردن توابع وصف کننده تغييرات نرخ طلا در مقابل شاکشن و استرس معمولي، مناسب مي‌باشد
برنامه CTRAN/W امکان مدل کردن زوج نشده انتقال آلودگي در خاک اشباع نشده را فراهم
مي‌آورد. براي مدل کردن انتقال آلودگي، توابع ويژگي توصيف کننده چگونگي تغيير ضرايب پخش و جذب با توجه به سطوح مختلف اشباع مورد نياز است. تقريب هر کدام از اين منحنينها مي‌تواتد
توسط سيستم مبتني بر اطلاعات بدست آمده آيد. سيستم مبتني بر اطلاعات يا داده‌ها امکان بدست آوردن توابع ويژگي را براي مدلينگ زوج شده يا زوج نشده در مناطق يا موارد نفوذ، گرمايي، انتقال آلودگي و تغييرات حجم فراهم مي‌آورد.
باز نمايي اطلاعات:
سيستم مبتني بر اطلاعات در دهه گذشته از حد علاقه ساده آکادميک تا حد تکنولوژيهاي سفيد توسعه پيدا کرده است.
CARRICO سيستم اطلاعات را به صورت زير توضيح ميدهد:
سيستم اطلاعات نرم افزارهايي هستند که اطلاعات و داده‌هاي سازمان يافته اي در زمينه‌هاي تخصصي دارند. آنها با استفاده از اطلاعات حاصل از متخصصين قادر به حل مشکلاتي در زمينه خود مي‌باشند.
توسعه روشهاي بازنمايي اطلاعات، فاز جمع آوري اطلاعات را دنبال مي‌کنند با جمع شدن حجم قابل قبولي از اطلاعات، ساختمان و روش بازنمايي براي سيستم اطلاعات مي‌تواند شرح داده شود. بازنمايي اطلاعات در شکل يک نمايش داده شده است اطلاعات در قالب فريمها نمايش داده شده اند. هر فريم شامل پايگاه داده اطلاعات تجربي، پايگاه داده اطلاعات تئوري اطلاعات پايه اي شامل قوانين و الگوريتمهاي متناسب با آن فريم و رابط کاربري که اجاز
ه نمايش اطلاعات را در قالب جداول، تصاوير و منحني‌ها ميدهد.
مثالها در هر فريم در سيستم، فريم اطلاعات خاک اصلي هستند که شامل مدل سطح خاک، توضيحات، روابط جرم و حجم، اصليت خاک و غيره مي‌باشند يا فريم مجاز که اطلاعات مربوط به هدايت هيدروليک خاک را به همراه الگوريتمها و قوانين منتاسب با اين ذخيره مي‌کنند. مستقل از فريمهاي اطلاعات دو موتور جستجو و جود دارند که دسترسي به اطلا در فرمهاي مختلف عمل مي‌کند در حاليکه موتور جستجوي انگليسي اجازه سوال کردن را از پايگاه داده فراهم مي‌کند مانند: خاکهاي با ضريب نفوذ بين 0.25 و 0.3 را پيدا کن.
ويژگيهاي خاک در فريمهاي جداگانه يا زير گروههايي که به فريم اصلي لينک داده شده اند، سازماندهي شده اند. روش انجام اين کار در شکل 2 نشان داده شده است. در حاليکه شکل I ساختمان تئوري سيستم مبتني بر اطلاعات را نشان ميدهد شکل II اجراي فيزيکي سيستم را نمايش ميدهد.
پوسته پارامتر کاربو سيستم اطلاعات:
هنگامي که يک ساختمان KBS تعيين شد، يک رابط کاربر يا محيط برنامه نويسي براي ساختمان سيستم نياز بود. مثل (SHELL() پايگاه داده رابطه اي توسط سيستم مديريت پايگاه داده رابطه اي نرم افزار Accesss محصول شرکت Microsoft فراهم شد و اين برنامه بعنوان محيط انتخاب شد. سيستم پايگاه داده دستکاري حجم زيادي از اطلاعات را انجام ميدهد که زمان زيادي را براي کد کردن سيستم اطلاعات بکار مي‌برد.اين سيستم حداقل به يک رايانه شخصي 486با 8 مگابايت ram نياز دارد. در حاليکه سيستم پيشنهادي به يک کامپيوتر پنتيوم با حداقل 16 مگابايت RAM نياز دارد. براي نصب کردن برنامه به حداقل 20 مگابايت فضاي‌هارد ديسک نياز است. تصوير صفحه گزينش برنامه در شکل III نشان داده شده است.
سيستمهاي مبتني بر اطلاعات معمولا حاوي موتور تصميم گيرنده يا استنتاج کننده اي هستند که امکان برقرار کردن ارتباط با کاربر را فراهم مي‌آورد. با توجه به مسايل همچون عدم قطعيت برنامه و غيره، نرم افزار چندين تصميم را ديکته مي‌کند. موتور نتيجه گيري بر پايه پارامتر به خاطر کاهش ابهام انتخاب شد همچنين، موتور نتيجه گيري به دستکاري تخمينهاي آماري محدود شده است. فريم اصلي اطلاعات خاک به خاطر شباهت آشنايي و سازگاري زمينه‌هاي مورد استفاده براي کلاسه بندي کردن خاک با پايگاه داده USDA هماهنگ شدند. شکل 4 متن توصيف کننده مورد استفاده قرار گرفته در کلاسه بندي کردن خاک را نشان ميدهد. ويژگيهاي جرم –حجم و اندازه دانه نيز معمولا براي کلاسه بندي کردن مورد استفاده قرار مي‌گيرند و در شکل 5 نمايش داده شده اند. ويژگيهاي ديگري که ذخيره مي‌شوند عبارتند از: شيمي آب، .ويژگيهاي منشا خاک، اطلاعات انتشار و موقيعت جغرافيايي خاک (کشور، منطقه) قسمت منشا خاک اطلاعات از قبيل: طول افقي، خانواده، سري خاک را ذخيره مي‌کند. فرم اصلي اطلاعات خاک لينک‌هايي را به فرمهاي توصيف کننده ويژگيهايي از قبيل SWCC نفوذ پذيري و قدرت قيچي خاک، فراهم مي‌آورد. فرمهاي معمولي که به فرم اصلي اطلاعات خاک پيوند داده مي‌شوند. در بخشهاي توضيح داده شده اند. به منظور خلاصه سازي تمام شکها نمايش داده نشده‌اند ديگر فريمهاي لينک شده به فريم اصلي: مکمل اطلاعات موجود در فريم اصلي خاک، اطلاعات موجود در ديگر فريمها يي مي‌باشد که به فريم اصلي پيوند (لينگ) داده شده اند. اطلاعات به منظور ذخ
يره سازي بهينه و همچنين به دليل پيدا کردن ديد ادراکي نسبت به ويژگيهاي خاک مختلف، در چندين فريم ذخيره مي‌شوند اطلاعات فريمهاي ديگر (لينک شده به فريم اصلي –مترجم) در زير ليست شده اند:
جذب- قوام خاک- پخش- محتواي آب حجمي يخ نزده قدرت قيچي يا برش خاک- انقباض يا چروک خوردگي – گرمايي ويژه –ذخيره سازي- توزيع اندازه دانه- SWCC –SWCC جاذبه اي نشت و نفوذ- هدايت گرمايي.
صفحه اول فريم SWCC در شکل 6 قابل مشاهده است اين فريم حاوي اطلاعات مربوط به SWCC و همچنين نتايج تجربي و نقاط مختلف نمودارها و منحني‌ها مي‌باشد. رابطه توصيف کننده منحني نمايش داده شده در شکل7 هنگام بدست آوردن اطلاعات تجربي مناسب منحني در پايگاه داده ذخيره مي‌شود. تمرکز سيستم مبتني بر اطلاعات بدست آوردن روابط رياضي ومحاسباتي براي ويژگيهاي خاک مي‌باشد. اين امر باعث وارد شدن روابط و معادلات در بسته‌هاي نرم افزاري توصيف کننده ويژگيهاي خاک اشباع نشده مي‌شود. در اولين قدم براي رسيدن به رياضيات خاک، ابتدا بايد
منحني‌هاي swcc توزيع اندازه دانه و قوام خاک بر روي يک معادله رياضي جفت شوند. تنها يک رابطه براي جفت کردن منحني‌هاي قوام خاک وتوزيع اندازه دانه انتخاب شد. اما براي swcc چندين رابطه استفاده شده است. براي تطبيق دادن اين تغييرات 28 معادله و رابطه در اين نرم افزار موجود است. براي هر رابطه راه عرضي براي جفت شدن با نتايج تجربي وجود دارد. هنگام جفت شدن يک رابطه بر دماي يک منحني از آن پس آن رابطه را براي محاسبه ويژگيهاي ديگر خاک مي‌توان مورد استفاده قرار داد.
