زمین شناسی مهندسی

زمین شناسی مهندسی

پیش‌بینی پارامتر‌های مقاومت برشی خاک‌های بندرعباس با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی

نویسندگان
1 دانشگاه کردستان
2 دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
پارامترهای مقاومت برشی، پارامترهای مهمی برای ارزیابی پایداری سازه‌های مهندسی هستند که محاسبه آن‌ها با روش‌های مرسوم نیازمند هزینه و زمان زیادی می‌باشد. در این پژوهش با استفاده از آزمایش‌های اولیه‌ ژئوتکنیک مانند دانه‌بندی، حدود آتربرگ و آزمایش تک‌محوره و به کارگیری هوش مصنوعی، بدون انجام تست‌های پیچیده‌تر، زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی خاک محاسبه شد. به این منظور از نمونه‌های دست‌نخورده از ۱۴ گمانه در بندرعباس که بر روی آن‌ها آزمایش‌های اولیه‌ی ژئوتکنیک و برش مستقیم انجام گرفته بود، انتخاب‌ و برای آموزش شبکه‌ی عصبی استفاده شدند. در این پژوهش تعداد ۱۹۵ شبکه در حالت‌های مختلف آموزش داده شد. به منظور دستیابی به بهترین عملکرد، شبکه‌های عصبی پیش‌خور ابتدا در حالت تک لایه و دو لایه با تعداد نورون‌های لایه میانی پایین آموزش داده شدند و تابع TRAIN BR به دلیل بالا بودن نسبت R (R=0/97) انتخاب و سپس با افزودن لایه‌های میانی به ۳، ۴ و ۵ لایه با تعداد نورون‌های لایه میانی (۵۰، ۴۰، ۳۰، ۲۰ و ۱۰) نورون شبکه‌های عصبی آموزش داده شدند. نتایج نشان داد شبکه‌ی MLP چهار لایه بهترین نتایج را نشان می‌دهد، برای این حالت R آموزش ۱، R تست 0/90 و R کل 0/98 می‌باشد. در نهایت به منظور صحت‌سنجی شبکه‌ی عصبی، تعداد ۱۵ نمونه انتخاب و پارامترهای ورودی شبکه در حالات بهینه ۲، ۳ و ۴ لایه آموزش داده و خروجی شبکه ارزیابی شد. برای پیش‌بینی چسبندگی، شبکه عصبی در حالت 4 لایه (0/99 =R2) و برای زاویه اصطکاک، شبکه‌های ۲، ۳ و ۴ لایه (0/99 =R2) بهترین خروجی را داشتند.
کلیدواژه‌ها

Abu -Farsakh, M.Y., 2004. Evaluation of consolidation characteristics of cohesive soils from piezocone penetration tests (No. FHWA/LA. 03/386). Louisiana Transportation Research Center.
Abu -Farsakh, M.Y., Titi, H.H., 2004. Assessment of direct cone penetration test methods for predicting the ultimate capacity of friction driven piles. Journal of Geotechnical and geoenvironmental Engineering, 130(9), pp.935 -944.
Baziar, M.H. , Ghorbani, A., 2005. Evaluation of lateral spreading using artificial neural networks. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 25(1), pp.1 -9.
Cal, Y., 1995. Soil classification by neural network. Advances in Engineering software, 22(2), pp.95 -97.
Chan, W.T., Chow, Y.K. , Liu, L.F., 1995. Neural network: an alternative to pile driving formulas. Computers and geotechnics, 17(2), pp.13 5 -156.
Choi, J., Oh, H.J., Lee, H.J., Lee, C. and Lee, S., 2012. Combining landslide susceptibility maps obtained from frequency ratio, logistic regression, and artificial neural network models using ASTER images and GIS. Engineering geology, 124, pp.12 -23 .
Churchland, P. S., 1992. The computational brain, Cambridge, MA: MIT press.
Das, M., Dey, A.K., 2018. Prediction of bearing capacity of stone columns placed in soft clay using ANN model. Geotechnical and Geological Engineering, 36, pp.1845 -1861.
Das, S.K . , Basudhar, P.K., 2006. Undrained lateral load capacity of piles in clay using artificial neural network. Computers and Geotechnics, 33(8), pp.454 -459.
Dayhoff, J., 1994. Neural network architectures: An introduction VNR , USA.
Ellis, G.W., Yao, C., Zhao, R., Penumadu, D., 1995. Stress -strain modeling of sands using artificial neural networks. J. Geotech. Eng. ASCE 121 (5), 429 –435.
Goh, A.T.C., 1995. Empirical design in geotechnics using neural networks. Geotechnique, 45(4), pp.709 -714.
Hagan M .T., 1995. Neural network design, PWS, USA.
Kalinli, A., Acar, M.C. , Gündüz, Z., 2011. New approaches to determine the ultimate bearing capacity of shallow foundations based on artificial neural networks and ant colony optimization. Engineering Geology, 117(1 -2), pp.29 -38.
Kiefa, M.A., 1998. General regression neural networks for driven piles in cohesionless soils. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 124(12), pp.1177 -1185.
Khaboushan, E.A., Emami, H., Mosaddeghi, M.R., Astaraei, A.R., 2018. Estimation of unsaturated shear strength parameters using easily -available soil properties. Soil and Tillage Research, 184, pp.118 -127.
Khanlari, G.R., Heidari, M., Momeni, A.A. , Abdilor, Y., 2012. Prediction of shear strength parameters of soils using artificial neural networks and multivariate regression methods. Engineering Geology, 131, pp.11 -18.
Lee, I.M. , Lee, J.H., 1996. Prediction of pile bearing capacity using artificial neural networks. Computers and geotechnics, 18(3), pp.189 -200.
Lee, S.J., Lee, S.R. , Kim, Y.S., 2003. An approach to estimate unsaturated shear strength using artificial neural network and hyperbolic formulation. Computers and Geotechnics, 30(6), pp.489 -503.
Mahmoud, M.A.A.N., 2013. Reliability of using standard penetration test (SPT) in predicting properties of silty clay with sand soil. International Journal of Civil & Structural Engineering, 3(3), pp.545 -556. MATLAB help center, https://ch.mathworks.com/
Shahin, M.A., Maier, H.R. , Jaksa, M.B., 2004. Data division for developing neural networks applied to geotechnical engineering. journal of Computing in Civil Engineering, 18(2), pp.105 -114.
Mohammadi, M., Fatemi Aghda, S.M., Talkhablou, M. , Cheshomi, A., 2022. Prediction of the shear strength parameters from easily -available soil properties by means of multivariate regression and artificial neural network methods. Geomechanics and Geoengineering, 17(2), pp.442 -454.
Ni, S.H., Lu, P.C. , Juang, C.H., 1996. A fuzzy neural network approach to evaluation of slope failure potential. Computer ‐Aided Civil and Infrastructure Engineering, 11(1), pp.59 -66.
Romero, S. , Pamukcu, S., 1996. Characterization of granular material by low strain dynamic excitation and ANN. In Uncertainty in the Geologic Environment: from Theory to Practice (pp. 1134 -1148).
ASCE. Rosenblatt, F., 1958. The perceptron: a probabilistic model for information storage and organization in the brain. Psychological review, 65(6), p.386.
Rumelhart, D.E., Hinton, G.E. , Williams, R.J., 1985. Learning internal representations by error propagation.
Shahin, M.A. and Jaksa, M.B., 2006. Pullout capacity of small ground anchors by direct cone penetration test methods and neural networks. Canadian Geotechnical Journal, 43(6), pp.626 -637.
Sivakugan, N., Eckersley, J. , Li, H., 1998. Settlement predictions using neural networks. Australian Civil Engineering Transactions, 40, pp.49 -52.
Teh, C.I., Wong, K.S., Goh, A.T.C. , Jaritngam, S., 1997. Prediction of pile capacity using neural networks. Journal of computing in civil engineering, 11(2), pp.129 -138.
Kim, Y., Satyanaga, A., Rahardjo, H., Park, H. , Sham, A.W.L., 2021. Estimation of effective cohesion using artificial neural networks based on index soil properties: A Singapore case. Engineering Geology, 289, p.106163.
Zhang, C., Wang, X., Zou, X., Tian, J., Liu, B., Li, J., Kang, L., Chen, H. , Wu, Y., 2018. Estimation of surface shear strength of undisturbed soils in the eastern part of northern China’s wind erosion area. Soil and Tillage Research, 178, pp.1 -10.
Zhang, C., Wang, X., Zou, X., Tian, J., Liu, B., Li, J., Kang, L., Chen, H. , Wu, Y., 2018. Estimation of surface shear strength of undisturbed soils in the eastern part of northern China’s wind erosion area. Soil and Tillage Research, 178, pp.1 -10.