بهینه‌سازی میل‌مهار در پایدارسازی گودبرداری‌ با استفاده از الگوریتم ژن‌شناختی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

چکیده

در طی دهه اخیر روش پایدارسازی شیب‌های خاکی با استفاده از مهارها موردتوجه زیادی قرارگرفته است. بهینه‌سازی مهارها در پروژه‌های گودبرداری می‌تواند منجر به کاهش هزینه‌ی چشمگیری شود. این بهینه سازی‌ها با روش سعی و خطا انجام می‌شود و ازاین‌رو در بسیاری از موارد طرح کاملاً بهینه‌ای به دست نمی‌آید. هدف از این مطالعه بررسی پایداری شیب‌های مختلف با استفاده از الگوریتم ژن‌شناختی به منظور دست‌یابی به طول بهینه المان‌های مسلح کننده‌ خاک با توجه به پارامترهای مختلف است. در این تحقیق یک کد رایانه‌ای طراحی‌شده است و در الگوریتم ژن‌شناختی نرم‌افزار متلب اجرا شد و میزان درصد کاهش طول مهارها با توجه به پارامترهای مقاومت برشی خاک مشخص شده است. طراحی این کد به‌گونه‌ای است که یک کاربر بدون اطلاع از مفاهیم الگوریتم ژن‌شناختی، به‌سادگی بتواند بهینه‌سازی مهارها را انجام دهد. مطالعه موردی این تحقیق در خاک‌ منطقه مرکزی مشهد و اطراف حرم مطهر امام رضا (ع) انجام شده است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که تغییر قطر میل‌گردها اثر چشمگیری بر مجموع طول مهارها ندارد بلکه تغییر در قطر چال حفاری باعث کاهش طول بیشتری در مهارها می‌شود.

تازه های تحقیق

  • بهینه سازی در تحلیل و طراحی گودبرداری های شهری
  • بهره گیری از الگوریتم ژن شناختی در  مسائل مهندسی و بهینه سازی
  • طراحی میخکوبی و مسلح‌سازی خاک و با استفاده از الگوریتم ژن شناختی
  • تاثیر محسوس  هندسه میخ شامل قطر و طول بر تحلیل و طراحی
  • تاثیر محسوس  پارامترهای مکانیک خاک بر تحلیل و طراحی

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimum Layout of Soil Nailed Walls by Genetic Algorithm

نویسندگان [English]

  • Ali Saberi
  • Saeed Ghaffarpour
چکیده [English]

Summary
During the last decade, stabilization of soil slopes using nailing has attracted a lot of attention. Optimization of nailing in excavation projects is a potential factor for significant cost savings. Such optimizations are typically performed using trial and error approaches, and thus in several cases the design is not optimal.
 
Introduction
Soil nailing is a construction technique that can be used as a remedial measure to treat unstable natural soil slopes or as a construction technique that allows the safe over-steepening of new or existing soil slopes. The aim of this study is to analyze the stability of slopes using genetic algorithm considering various factors to achieve the optimum length of soil reinforcement elements.
 
Methodology and Approaches
Four main points to be considered in determining if soil nailing would be an effective retention technique are as follows. First, the existing ground conditions should be examined. Next, the advantages and disadvantages for a soil nail wall should be assessed for the particular application being considered. Then other systems should be considered for the particular application. Finally, cost of the soil nail wall should be considered. In this study, a computer code has been developed which uses the genetic algorithm in MATLAB software to determine the percentage of allowable reduction on the length of reinforcement, considering soil shear strength parameters. The code has been developed in such a way that a user unfamiliar with the genetic algorithm concepts is able to easily complete the reinforcement optimization process. A case study has been performed using soil specifications for the central region of Mashhad, around the holy shrine of Imam Reza (AS).
 
Results and Conclusions
The outcome of this research suggests that changing rebar size does not substantially affect the total length of reinforcements; however, a change in the diameter of the drill hole has a more significant influence on the reduction of the reinforcement length.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Slope stability
  • Composite soil nailing wall
  • Genetic algorithms
  • Optimization
  • Nailing
[1] CLOUTERRE, (1993), French National Research Project, recommendations CLOUTERRE (English Translation).Soil nailing recommedations. FHWA A-SA-93-026 [Translated by US department of Transportation].

[2] Plumelle, C., & Schlosser, F. (1990). A French National Research Project on soil Nailing: Clouterre. Performance of Reinforced Soil Structure.

[3] Marchal, J. (1984). Renforcement des sols par clouage-Etude expérimentale en laboratoire. In renforcement en place des sols et des roches-comptes rendus du colloque international, paris, 9-11 octobre 1984.

[4] Shafiee, S. (1986). Simulation numérique du comportement des sols cloués. Interaction sol-renforcement et comportement de l'ouvrage (Doctoral dissertation, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées).

[5] Jones CPD. (1990), In-situ techniques for reinforced soil. In: Proceedings of the International Reinforced Soil Conference, Glasgow; pp. 277–82.

[6] Juran, I., Baudrand, G., Farrag, K., & Elias, V. (1990). Kinematical limit analysis for design of soil-nailed structures. Journal of geotechnical engineering, 116(1), 54-72.

[7] Fan, C. C., & Luo, J. H. (2008). Numerical study on the optimum layout of soil–nailed slopes. Computers and Geotechnics, 35(4), 585-599.

[8] Tavakolian Bana H., (2011),Optimum of Soil Nailed Walls by Genetic Algorithm. A thesis presented to the University of K.N.Toosi University of Technology.

[9] Melanie, M. (1999). An introduction to genetic algorithms. Cambridge, Massachusetts London, England, Fifth printing, 3, 62-75.

[10] Pasdarpour, M., Ghazavi, M., Teshnehlab, M., & Sadrnejad, S. A. (2009). Optimal design of soil dynamic compaction using genetic algorithm and fuzzy system. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 29(7), 1103-1112.

[11] Chan, C. M., Zhang, L. M., & Ng, J. T. (2009). Optimization of pile groups using hybrid genetic algorithms. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 135(4), 497-505.

[12] Zolfaghari, A. R., Heath, A. C., & McCombie, P. F. (2005). Simple genetic algorithm search for critical non-circular failure surface in slope stability analysis. Computers and geotechnics, 32(3), 139-152.

[14] Plumelle, C., & Schlosser, F. (1990). A French National Research Project on soil Nailing: Clouterre. Performance of Reinforced Soil Structure.

[15] Craig, R. F., (2004), Craig’s soil mechanics. 7th edition, Taylor &Francis

[16] DU Xiu-li, WANG Zhi-hui. (2007). Interior stablility analysis method of soil-nailed structure based on empirical genetic-simplex algorithm. Key Laboratory of Urban Security and Disastcr Enginccring, Bcij ing Univcrsity ofTecltno1ogy, Ministry of Edllcation, Bcijing 1000, 22,China, Vol. 29 NO.4

[17] Alborzi M., (2010) "Genetic Algorithm", Sharif University of Technology Publication (in Persian).

[18] Khandavan B. and Bolori Bazaz J. (2012) " optimization of pile group array using genetic Algorithm under unsystematic loading" 6th  National Congress in Civil Engineering, Semnan, Iran (in Persian)

[19] Rahsepar M. (2007) "using genetic Algorithm to find land slide analysis", MSc Thesis, University of science and technology (in Persian).