زمین شناسی مهندسی

زمین شناسی مهندسی

توسعه مدلی برای پیش‌بینی مدول الاستیسیته در آبرفت شهر مشهد با استفاده از پارامترهای پایه خاک

نویسندگان
دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
مدول الاستیسیته از جمله پارامترهای کلیدی در تحلیل و طراحی پی‌های عمیق و سازه‌های زیرزمینی محسوب می‌شود. اندازه‌گیری دقیق این پارامتر معمولاً نیازمند اجرای آزمایش‌های میدانی پرهزینه و زمان‌بر بوده و صحت‌سنجی آن نیز با چالش‌هایی همراه است. از این‌رو، توسعه مدل‌های تجربی جهت پیش‌بینی مدول الاستیسیته بر پایه پارامترهای ژئوتکنیکی، همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است. در این پژوهش، با بهره‌گیری از داده‌های حاصل از ۱۸۰ گمانه حفاری‌شده به طول مجموع ۵۷۸۳ متر در مسیر خط ۳ متروی مشهد، مدل‌های رگرسیون خطی چندمتغیره شامل مدل جامع (ریزدانه و درشت­دانه)، مدل ویژه خاک‌های درشت‌دانه و مدل ویژه خاک‌های ریزدانه برای پیش‌بینی مدول الاستیسیته توسعه یافته‌اند. از میان ۴۸۹ آزمون پرسیومتری، ۱۶۰ داده که به صورت هم‌عمق دارای اطلاعات دقیق پارامترهای پایه خاک بودند، انتخاب گردیدند. در این تحلیل، اثر متغیرهایی نظیر درصد ذرات شن، ماسه و ریزدانه، پارامترهای دانه‌بندی (D10، D30، D60، ضریب یکنواختی و ضریب دانه‌بندی)، حدود اتربرگ، میزان رطوبت، دانسیته طبیعی و خشک، چگالی، مواد سیمانی (گچ، کربنات و مواد آلی)، عمق و تنش برجا بر مدول الاستیسیته حاصل از آزمون پرسیومتری مورد بررسی قرار گرفت. جهت توسعه مدل نهایی، از روش گام‌به‌گام رو به عقب در چارچوب تحلیل رگرسیون و با استفاده از زبان برنامه‌نویسی Python بهره گرفته شد. در پایان، معادله نهایی رگرسیون استخراج گردید و نمودارهای مقایسه‌ای بین مقادیر پیش‌بینی‌شده و واقعی ترسیم شد که حاکی از دقت مطلوب مدل ارائه‌شده در تخمین مدول الاستیسیته می‌باشد. برای صحت­سنجی و ارزیابی دقت مدل‌های پیشنهادی در پیش‌بینی مدول الاستیسیته، مجموعه‌ای مستقل از ۳۹ داده آزمایش پرسیومتری شامل خاک‌های ریزدانه و درشت‌دانه مورد استفاده قرار گرفت. شاخص‌های آماری مختلف نشان دادند که مدل جامع عملکرد بهتری دارد. همچنین، مقادیر پایین RMSE نرمال‌شده پایداری و دقت قابل‌قبول همه مدل‌ها را تأیید می‌کند.
کلیدواژه‌ها

Abbasi, M., Namadchi, A. H., Abbasi, M. & Abbasi, M. (2024). Evaluation of machine learning algorithms in tunnel boring machine applications: a case study in Mashhad metro line 3. International Journal of Geo-Engineering, 15, 1-24.
Bozbey, I. & Togrol, E. (2010). Correlation of standard penetration test and pressuremeter data: a case study from Istanbul, Turkey. Bulletin of engineering geology and the environment, 69, 505-515.
Cheshomi, A. & Ghodrati, M. (2015). Estimating Menard pressuremeter modulus and limit pressure from SPT in silty sand and silty clay soils. A case study in Mashhad, Iran. Journal of Geomechanics and Geoengineering, 194-202, 1748-6025.
Craig, R. F. (2004). Craig's soil mechanics. CRC press, 458 p.
Das, B. M., & Sivakugan, N. (2017). Fundamentals of geotechnical engineering. Cengage Learning.
Das, B. M., & Sobhan, K. (1990). Principles of geotechnical engineering, 683 p.
Firuzi, M., Asghari-Kaljahi, E. & Akgun, H. (2019). Correlations of SPT, CPT and pressuremeter test data in alluvial soils. Case study: Tabriz Metro Line 2, Iran. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 78, 5067-5086.
Ghazi, A. (2015). Preparation of dynamic model of Mashhad city sediment and assessment of seismic site effects using 1D and 2D approaches. Ph. D. thesis, Faculty of Sciences, Ferdowsi University of Mashhad, 234 p. (In Persian)
Ghazi, A., Hafezi Moghadas, N., Sadeghi, H., Ghafoori, M. & Lashkaripour, G. (2015). The effect of geomorphology on engineering geology properties of alluvial deposits in Mashhad city. Scientific Quarterly Journal, GEOSCIENCES, Vol. 24, No. 94, 17-28. (In Persian)
Hafezi Moghaddas, N., Taheri, J. & Roshan-Ravan, J. (2011), Microzoning of Mashhad City. Northeastern Geological and Mineral Exploration Organization. (In Persian)
Karimi, A., Khademi, H., Jalali & A., 2008. Identification of loess soils and their separation from other soils in the south of Mashhad. Journal of Water and Soil Science (Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources), No. 44, pp. 185-200. (In Persian)
Lee, S.-H., Kwak, T.-Y., & Park, K.-H. (2021). Estimation of pressuremeter modulus and limit pressure in weathered granite based on the SPT-N value and chemical weathering index: a case study in South Korea. Applied Sciences, 11(8), 3411.
Marzouk, I., Brinkgreve, R., Lengkeek, A., & Tschuchnigg, F. (2024). APD: An automated parameter determination system based on in-situ tests. Computers and Geotechnics, 176, 106799.
Nasseh, S., Hafezi Moghaddas, N., Ghafoori, M., Asghari, O., & Bolouri Bazaz, J. (2016). Spatial variability analysis of subsurface soil in Mashhad city, NE Iran. International Journal of Mining and Geo-Engineering, 50(2), 219–229.
Nasseh, S. (2017). Development of a 3-D geological engineering model for sedimentary deposits of Mashhad city. Ph. D. thesis, Faculty of Sciences, Ferdowsi University of Mashhad, 167 p. (In Persian)
Nawaz, M. N., Khan, M. H. A., Hassan, W., Jaffar, S. T. A., & Jafri, T. H. (2024). Utilizing undisturbed soil sampling approach to predict elastic modulus of cohesive soils: a Gaussian process regression model. Multiscale and Multidisciplinary Modeling, Experiments and Design, 7(4), 4255-4270.
Owusu-Ansah, D., Tinoco, J., Correia, A. A., & Oliveira, P. J. V. (2022). Prediction of elastic modulus for fibre-reinforced soil-cement mixtures: a machine learning approach. Applied Sciences, 12(17), 8540.
Ozkaynak, M. I., & Yilmaz, Y. (2024). Prediction of resilient modulus with pre-post experimental data of undisturbed subgrade soils using machine learning algorithms. Transportation Geotechnics, 49, 101396.
Rashed, A. (2010). Nonlinear modeling of soil deformation moduli based on pressuremeter test results. M. Sc. thesis, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, 130 p. (In Persian)
Tabatabaei, A., Kamali, M., & Anaraki, S. A. (2022). Elastic Modulus Determination Based on Pressuremeter Tests and Standard Penetration Tests. International Conference on Geotechnical Engineering-IRAQ.
Yagiz, S., Akyol, E. & Sen, G. (2008). Relationship between the standard penetration test and the pressuremeter test on sandy silty clays: A case study from Denizli. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 67, 405-410.