پیش‌بینی تنش به هم پیوستن ترک در نمونه‌های شبه سنگی دارای درزه‌های ناممتد تحت بار برش مستقیم با استفاده از الگوریتم‌های بهینه‌ساز گرگ خاکستری و برنامه‌ریزی بیان ژن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی همدان

2 دانشگاه تهران

3 دانشگاه تربیت مدرس

4 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس

10.22034/anm.2024.21039.1619

چکیده

شکستگی‌ها معمولاً به شکل درزه‌ها و ریزترک‌ها در توده سنگ‌ یافت می‌شوند و مکانیسم شکست آنها به شدت به الگوی به هم پیوستن ترک بین ناپیوستگی‌های از قبل موجود بستگی دارد. تعیین رفتار شکست درزه‌های ناممتد یک مسئله مهندسی است که پارامترهای مختلفی از جمله خصوصیات مکانیکی توده سنگ، تنش نرمال و نسبت سطح درزه به سطح برشی کل (ضریب درزه‌داری) را شامل می‌شود. در این مقاله، به منظور پیش‌بینی تنش به هم پیوستن ترک از دو روش الگوریتم بهینه‌ساز گرگ خاکستری (GWO) و برنامه‌ریزی بیان ژن (GEP) استفاده شده است. بدین منظور 8 پارامتر ورودی مؤثر بر تنش به هم پیوستن ترک از جمله ضریب درزه داری (JC)، تنش نرمال (σn)، مقاومت فشاری تک محوره (σc)، مقاومت کششی (σt)، نسبت پواسون (υ)، مدول الاستیسیته (E)، مقاومت چسبندگی (C) و زاویه اصطکاک داخلی (φ) براساس نتایج 450 آزمایش برش مستقیم انجام شده بر روی نمونه‌های شامل 2 دسته درزه ناممتد ساخته شده از ترکیب گچ، سیمان و آب انتخاب و سپس روش‌های GWO و GEP پیاده‌سازی گردیدند. به منظور ارزیابی کارایی مدل‌ها در پیش‌بینی تنش به هم پیوستن ترک‌ در نمونه‌ها، از 3 شاخص ضریب تعیین (R2)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین خطای مطلق (MAE) برای داده‌های آموزش و تست استفاده شد. مقادیر ضریب تعیین روش‌های GWO و GEP برای داده‌های آموزش به ترتیب 962/0 و 938/0 و برای داده‌های تست به ترتیب 996/0 و 981/0 بدست آمد که نشان دهنده کارایی بالاتر روش GWO در مقایسه با GEP می‌باشد. به علاوه، نتایج نشان داد که مقادیر شاخص‌های RMSE و MAE در هر دو مرحله آموزش و تست برای الگوریتم GWO کمتر از روش GEP می‌باشند که بیانگر خطای کمتر الگوریتم GWO و قابلیت اطمینان و دقت بالاتر آن نسبت به روش GEP می‌باشد. با این حال، می‌توان اظهار نمود که دو روش مورد استفاده دارای دقت بالایی بوده و بر اساس روش GEP رابطه‌ای جهت پیش‌بینی تنش به هم پیوستن ترک ارائه شد. همچنین، نتایج آنالیز اهمیت نشان می‌دهد که از بین پارامترهای ورودی، تنش نرمال (σn) و ضریب درزه‌داری (JC) به ترتیب بیشترین و کمترین تأثیر را بر تنش به هم پیوستن ترک دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Prediction of crack coalescence stress in rock like samples containing non-persistent joint under direct shear test using both of the GWO and GEP algorithms

نویسندگان [English]

  • vahab sarfarazi 1
  • fariborz matinpoor 2
  • shadman mohamadi bolban abad 3
  • MASOUD MONJEZI 4
1 Department of Mining Engineering, Hamadan University of Technology
2 tehran university
3 tarbiat modares university
4 Faculty of Engineering, Tarbiat Modares University
چکیده [English]

Rock joints and micro cracks have an important effect on the failure mechanism of rock masses. Rock mass failure affect the stability of rock engineering project. Therfore investigation of failure stress of rock mass help engineering to desing the rock engineering structure with high safty. Failure stress that is one of the mechanical propertis of rock masses controls the loading capasity of rock structures. Several parameters have a dominant role on the failure stress of rock masses such as mechanical properties of rock mass, normal stress, ratio of joint surface area to total shear surface area (JC). In this paper, the crack coalescence stress was predicted using both of the GWO and GEP algorithms. Eight import parameters have been used such as normal stress, JC, compressive strength, tensile strength, Poisson ratio, Young modulus, cohesion and friction angel. Totally 450 data obtained from jointed rock like samples tested under direct shear. Three different coefficients of “R2”, “RMSE” and “MAE” were used to evaluate the applicability of algorithms. The coefficients of GWO and GEP on trained data were 0.962 and 0.938 while their values on tested data were 0.996 and 0.981. the GWO has the best applicability on the coalescence stress prediction. The results show that the coefficients of RMSE and MAE in both of the train and test stages in GWO algorithm was less than GEP algorithm. This shows that GWO algorithm has the best application in comparison to GEP. The normal stress and JC has the maximum and minimum effect on the crack coalescence stress, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • non persistent joint
  • rock bridge
  • crack coalescence stress
  • GWO
  • GEP

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 12 اسفند 1402
  • تاریخ دریافت: 16 دی 1402
  • تاریخ بازنگری: 02 اسفند 1402
  • تاریخ پذیرش: 12 اسفند 1402