بخشی از مقاله
چکیده
تحلیل موجک - Wavelet Analysis - را می توان یکی از جدیدترین دستاوردهای علم ریاضیات محض دانست که امروزه کاربرد گستردهای در بسیاری از شاخههای علوم مهندسی پیدا کرده است. این آنالیز به عنوان یک ابزار عددی قدرتمند میتواند همانند تبدیل فوریه تا حد زیادی از پیچیدگی محاسبات بزرگ بکاهد. در مقاله مروری پیشرو به بررسی دو مورد از کاربردهای تئوری موجک در علم ژئوتکنیک پرداختهایم. در مورد اول برای پیشبینی تغییرشکلهای ناشی از حفاری تونل، از سیستم پیشبینی موجک - WIPS - استفاده نمودهایم. پاسخ نهایی ما در این راهکار متشکل از سه بخش است:
تحلیل موجک، شناخت مدل و پیشبینی سیستم. بر اساس آنالیز حساسیت فاکتورهای موثر: تغییرشکل زمین به دو قسمت تغییرشکل نموی و تغییرشکل موج تفکیک می شود. در اینجا با هدف فیلتر نمودن خطاهای پسماند و استخراج تغییرشکلهای واقعی از آنالیز موجک استفاده شده که می توان آن را مشابه پروسه حذف نویزها و اختلالات در پردازش سیگنال دانست.
در مورد دوم نیز با هدف پیشبینی ارتعاشات انتقال یافته از طریق خاک به سازه تحت اثر حرکت قطار از ماشین بردار پشتیبان - SVM - استفاده شد و از آنجایی که خطاهای موجود در دادههای رکورد شده بر کارآیی عملکرد پیشبینی SVM اثرگذار است، با کمک آنالیز موجک دادههای ورودی را فیلتر نموده و سپس با انجام آزمایشات میدانی درستی آن را صحتسنجی کردیم. نتایج حاصل حاکی از عملکرد مطلوب مدل پیشبینی در قیاس با مقادیر اندازهگیری شده در روش میدانی است.
-1 مقدمه
همانطور که میدانیم در روش فوریه تابع مفروض f - x - توسط حاصلجمع نامتناهی توابع سینوسی و کسینوسی نمایش داده میشود. روش آنالیز موجک را میتوان تکامل یافته روش آنالیز فوریه داانست یکی از برجستهترین مزیتهای تبدیل موجک نسبت به تبدیل فوریه قابلیت بررسی محلی یا به عبارت فنی بررسی یک پنجره یا مقطع کوچک از موجی طولانیتر در حوزه زمان میباشد.
این مقاله متشکل از 3 بخش اصلی میباشد در بخش نخست کاربرد تئوری موجک در تفسیر تغییرشکلهای زمین تحت اثر فعالیتهای تونلسازی را مورد نقد و بررسی قرار خواهیم داد، در بخش دوم نقش موثر نظریه موجک در افزایش دقت مطالعات تاثیر ارتعاشات ناشی از حرکت قطار بر روی سازهها و تاسیسات مجاور آن را به بحث خواهیم کشید، و نهایتا در بخش سوم خلاصهای از نتیجه مطالعات صورت گرفته را به خدمت شما ارائه مینماییم.
-2 تغییرشکلهای زمین ناشی از حفاری تونل
یکی از پیامدهای ناگزیر کلیه عملیاتهای حفاری من جمله حفاری تونل، تخریب تودههای سنگ– خاک و اصلاح منحنیهای تنش–کرنشموجود است که نهایتاً منجر به تغییرشکل قسمتهای مختلف زمین میشود. زمانی که با یک تغییر شکل بزرگ در یک نقطهای مشخص در نواحی شهری مواجه میشویم، میبایست این انتظار را داشته باشیم که کوچکترین بیاحتیاطی ممکن است، سازهها و تاسیسات مجاور آن را متحمل آسیبهای جدی و جبرانناپذیری نماید. از این رو در سالهای اخیر دانشمندان تلاش نمودهاند تا با کمک ارائه مقالات مختلف با روشهای تجربی، عددی و همچنین تحلیلی امنیت حفاری تونل را تا بیشترین حد ممکن افزایش دهند. در ادامه به برخی از این مقالات اشاره گردیده است.
از روشهای تجربی به طور گسترده برای تفسیر پروفیل نشست زمین ناشی از حفاری تونل بر اساس مشاهدات میدانی استفاده می شود. اشمیت [1] - 1969 - و پک [2] - 1969 - به منظور پیش بینی نشست های زمین توسط تقریب منحنی احتمال نرمال رسی، روش اشمیت – پک را ارئه نمودهاند. پس از آن اتول [3] - 1978 - و کیمورآ و سایر - [4] - 1981 روشهایی نیمه-تجربی را برای محاسبه نشستهای زمین بر پایه تجربیات مهندسی پیشنهاد کردند. اما به هر حال، از آنجا که دادهها و پارامترهای خاک درنظر گرفته شده دارای محدودیت هستند، تنها در موارد مشخص شده تونل زنی در خاکهای نرم و هموژن می توان از روشهای تجربی استفاده کرد البته توجه داشته باشید که روشها و رویکردهای عملی به تنهایی پاسخگوی کاربردهای عملی نمی باشد
ماگاستا - - 1987 روشهای تحلیلی را با فرض فضای نیمه الاستیک پیشنهاد نمود و آن را بر محاسبات نشست خاک ناشی از حفاری تونل یا هر حفاری دیگر در خاک نرم مدل نمود. بر اساس روش تحلیلی ماگاستا، و رویت و بوکر - 1996 - راهکارهایی تحلیلی در نقاط دلخواهی از نیم صفحه تغییرشکل زمین در خاک الاستیک معرفی نمودند.
از روشهای عددی نظیر روشهای اجزاء محدود - FEM - ، روش المان مرزی - BEM - ، و روش المان مجزا - DEM - برای محاسبه پروفیل تغییر شکل زمین استفاده می شود . ابوفرسخ و ویادیس - 1999 - برای پیش بینی نشست زمین در قسمتهای فوقانی تونلهایی که در خاکهای نرم ساخته شده بودند از مدلهای دو بعدی - 2D - وسه بعدی المان محدود استفاده کردند. کسپر و مچک - 2004 - نیز برای حفاری تونل همراه با سپر پش ران، یک مدل شبیه سازی اجزای محدود سه بعدی را به کار گرفتند.
تحلیل موجک - WA - در سالهای اخیر تبدیل به ابزاری کارآمد برای تحلیل رفتارهای موضعی سیگنالهای مجهول در سریهای زمانی گشته است. با تجزیه سریهای زمانی به دامنههای زمان – فرکانس، می توانیم غالب مدلهای تغییر پذیری و چگونگی تغییرات این مدلها در طول زمان را تعیین کنیم. از تبدیل موجک در زمینههای مختلفی از علوم استفاده شده است که از جمله آن ها می توان به هیدروژئولوژی - ، متروژئولوژی - جانیکه و همکارانش، - 2009، فیزیولوژی - اندرسون و همکارانش، - 2006، انتقال حرارت گرمسیری - ونک و لایو، - 1994 و پراکندگی امواج اقیانوسی - میرس و همکارانش، - 1993 اشاره کرد.
در اینجا، از روش آنالیز هوشمند مبتنی بر WA، برای تخمین و پیش بینی تغییرشکل های زمین استفاده شده است. این روش به سه بخش مجزا تقسیم می شود: آنالیز موجک، شناسایی سیستم و کنترل پیش بینی. نخست از تبدیل موجک برای تفکیک تغییرشکلهای اندازه گیری شده و استخراج روندهای تغییرشکل و تغییرشکل های موج از تغییرشکل های واقعی زمین - AGD - استفاده شده است. پس از آن، خطاهای موجود و پسماند نظیر نویز سفید جهن دست یابی به - AGD - فیلتر می شوند.
-3 بررسی موردی تونل جانگجی
منطقه ووهان در بستر رودخانه یانگ تسه قرار گرفته است که دارای توپوگرافی تخت و هموار با ارتفاع 25 -26 متر بالاتر از سطح دریاهای آزاد است. عمق تونل از 10.3 متر تا 26.5 متر متغیر است. پروفیلهای زمین شناسی در نواحی محل عبور تونل شکل .1 عبارتند از: لای ماسه، خاک کود دار، ماسه همراه با رس ریز و لای، ماسه ریز دانه. بخش اعظم تونل در قسمت خاکهای کود دار و لایه ماسه توام با رس ریز دانه و لای قرار گرفته است - به عنوان مثال، در عمق 10-18 متری زیر سطح زمین - ، که قسمت هایی از آن در لایه ماسه ریز نیز نفوذ کرده است.
شکل – 1 پروفیل زمین شناسی و ژئوتکنیکی تونل جیانگجی
بعلاوه، برای تعیین دقیق تغییرات زمین در حین حفاری تونل، در بخش فوقانی تونل و عمدتاً بر روی خط مرکزی آن از تعداد کثیری از سنسورهای تعیین تغییرشکل با فواصل 10-50 متر در امتداد مسیر تونل استفاده نموده ایم. بر اساس گزارش مشاهدات و تحقیقات زمین شناسی محلی برای تعیین مشخصات ژئوتکنیکی تونل جیانگجی گردیده که نتایج آن را در جدول 1 به روشنی مشاهده می نمایید.
جدول .1 مشخصات ژئوتکنیکی تونل جیانگجی
