پیش‌بینی مهمترین خصوصیت ژئومکانیکی توده سنگ با استفاده از روش‌های الگوریتم جستجوی هارمونی و الگوریتم مبتنی بر آموزش و یادگیری

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 7، دوره 35، شماره 3 - شماره پیاپی 39، آذر 1401، صفحه 1-18   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2022.72095.1056

نویسندگان

هادی فتاحی^{* 1}؛ فرشاد ملک محمودی²؛ حسین قائدی²

¹دانشکده‌ی مهندسی علوم زمین، دانشگاه صنعتی اراک.

²دانشکده مهندسی علوم زمین، دانشگاه صنعتی اراک

چکیده

 به علت وجود مشکلات در ارزیابی تغییر شکل توده‌سنگ‌های درزه‌دار در مقیاس آزمایشگاهی، می‌توان برای در نظر گرفتن اثر مقیاس و درزه‌ها از روش‌های مختلف آزمایش برجا مانند آزمایش بارگذاری صفحه‌ای و دیلاتومتری استفاده کرد. اگر چه این روش‌ها در حال حاضر بهترین هستند، اما گران، زمان‌بر و دارای مشکلات عملیاتی در حین اجرا هستند. بنابراین در این مقاله برای غلبه بر این مشکلات، از الگوریتم‌های جدید جستجوی هارمونی (HS) و الگوریتم بهینه‌سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری (TLBO) برای تخمین غیرمستقیم مدول تغییرشکل‌پذیری توده‌ سنگ استفاده شده‌است. در این مدل‌ها از امتیاز رده‌بندی توده سنگ (RMR)، مقاومت فشاری تک‌محوره سنگ بکر (UCS)، عمق (D) و مدول الاستیسیته سنگ بکر (E_i) به‌عنوان پارامترهای ورودی و از مدول تغییرشکل‌پذیری توده‌سنگ (E_m) به‌عنوان پارامتر خروجی استفاده شده‌است. در این مقاله، با استفاده از شاخص‌های آماری مختلف، مدل ایجادشده توسط الگوریتم‌ها، ارزیابی و اعتبارسنجی می‌شود. نتایج ارزیابی نشان داد که دقت رابطه برای الگوریتم جستجوی هارمونی با استفاده از شاخص‌های R² و VAF حدود 93/0-91/0 و درصد خطا با استفاده از شاخص‌های RMSE وMSE  بین 0042/0-000017/0 است هم‌چنین دقت رابطه برای الگوریتم بهینه‌سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری با استفاده از روش R² و VAF حدود 95/0-92/0 و درصد خطا با استفاده از شاخص‌های RMSE وMSE  بین 0032/0-000010/0 به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها

مدول تغییرشکل‌پذیری؛ الگوریتم جستجوی هارمونی؛ الگوریتم بهینه‌سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری؛ توده سنگ

سایر فایل های مرتبط با مقاله

1.pdf

مراجع

1. Bieniawski, Z., "Engineering classification of jointed rock masses". Civil Engineer in South Africa, Vol. 15, No. 12, (1973).
2. Serafim, J. Consideration of the geomechanical classification of Bieniawski. in Proc. int. symp. on engineering geology and underground construction. (1983).
3. Verman, M., et al., "Effect of tunnel depth on modulus of deformation of rock mass". Rock mechanics and rock engineering, Vol. 30, No. 3, pp. 121-127, (1997).
4. Nicholson, G. and Bieniawski, Z., "A nonlinear deformation modulus based on rock mass classification". International journal of Mining and geological engineering, Vol. 8, No. 3, pp. 181-202, (1990).
5. Mehrotra, V., "Estimation of engineering parameters of rock mass". University of Roorkee, Vol., (1992).
6. Diederichs, M. and Kaiser, P., "Stability of large excavations in laminated hard rock masses: the voussoir analogue revisited". International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 36, No. 1, pp. 97-117, (1999).
7. Read, S., Perrin, N., and Richards, L. Applicability of the Hoek-Brown failure criterion to New Zealand greywacke rocks. in 9th ISRM Congress. International Society for Rock Mechanics and Rock Engineering. (1999).
8. Kim, G.-W. Revaluation of geomechanics classifications of rock masses. in Proceedings of the Korean geotechnical society of spring national conference, Seoul. (1993).
9. Mitri, H., Edrissi, R., and Henning, J., "Finite-element modeling of cable-bolted stopes in hard-rock underground mines". Transactions-Society For Mining Metallurgy And Exploration Incorporated, Vol. 298, No. pp. 1897-1902, (1995).
10. Grimstad, E. Updating the Q-system for NMT. in Proceedings of the International Symposium on Sprayed Concrete-Modern use of wet mix sprayed concrete for underground support, Fagemes, Oslo, Norwegian Concrete Association, (1993).
11. Barton, N., "Some new Q-value correlations to assist in site characterisation and tunnel design". International journal of rock mechanics and mining sciences, Vol. 39, No. 2, pp. 185-216, (2002).
12. Hoek, E. and Brown, E.T., "Practical estimates of rock mass strength". International journal of rock mechanics and mining sciences, Vol. 34, No. 8, pp. 1165-1186, (1997).
13. Hoek, E., Carranza-Torres, C., and Corkum, B., "Hoek-Brown failure criterion-2002 edition". Proceedings of NARMS-Tac, Vol. 1, No. 1, pp. 267-273, (2002).
14. Hoek, E. and Diederichs, M.S., "Empirical estimation of rock mass modulus". International journal of rock mechanics and mining sciences, Vol. 43, No. 2, pp. 203-215, (2006).
15. Zhang, L. and Einstein, H., "Using RQD to estimate the deformation modulus of rock masses". International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 41, No. 2, pp. 337-341, (2004).
16. Deere, D.U., Coon, R.F., and Merritt, A.H., Engineering classification of in-situ rock. 1969, Illinois Univ at Urbana  Dept of Civil Engineering.
17. Jose, M., Galeral, M., and Alvarez, T., "Bieniawski evalution of the deformation modulus of rock masses: comparison of pressuremeter and dilatometer tests with RMR prediction". 1SP5-PRESSIO International Symposium, Vol., (2005).
18. Sonmez, H., Gokceoglu, C., and Ulusay, R., "Indirect determination of the modulus of deformation of rock masses based on the GSI system". International journal of rock mechanics and mining sciences, Vol. 41, No. 5, pp. 849-857, (2004).
19. Gardner, W.S. Design of drilled piers in the Atlantic Piedmont. in Foundations and excavations in decomposed rock of the Piedmont Province. ASCE. (1987).
20. Zhang, L. and Einstein, H., "Using RQD to estimate the deformation modulus of rock masses". International journal of rock mechanics and mining sciences (1997), Vol. 41, No. 2, pp. 337-341, (2004).
21. Palmström, A. and Singh, R., "The deformation modulus of rock masses—comparisons between in situ tests and indirect estimates". Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 16, No. 2, pp. 115-131, (2001).
22. Gokceoglu, C., Sonmez, H., and Kayabasi, A., "Predicting the deformation moduli of rock masses". International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 40, No. 5, pp. 701-710, (2003).
23. Kayabasi, A., Gokceoglu, C., and Ercanoglu, M., "Estimating the deformation modulus of rock masses: a comparative study". International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 40, No. 1, pp. 55-63, (2003).
24. Galera, M., Alvarez, M., and Bienawski, Z., "Evaluation of the deformation modulus of rock masses. Comparison by pressuremeter and dilatometer test". ISP5–PRESSIO 2005, Vol. 2, No. pp. 239-256, (2005).
25. Chun, B.-S., et al., "Indirect estimation of the rock deformation modulus based on polynomial and multiple regression analyses of the RMR system". International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 46, No. 3, pp. 649-658, (2009).
26. Nejati, H.R., et al., "On the use of the RMR system for estimation of rock mass deformation modulus". Bulletin of engineering geology and the environment, Vol. 73, No. 2, pp. 531-540, (2014).
27. Geem, Z.W., Kim, J.H., and Loganathan, G.V., "A new heuristic optimization algorithm: harmony search". simulation, Vol. 76, No. 2, pp. 60-68, (2001).
28. Lee, K.S. and Geem, Z.W., "A new meta-heuristic algorithm for continuous engineering optimization: harmony search theory and practice". Computer methods in applied mechanics and engineering, Vol. 194, No. 36-38, pp. 3902-3933, (2005).
29. Geem, Z.W., Global optimization using harmony search: Theoretical foundations and applications, in Foundations of Computational Intelligence Volume 3. 2009, Springer. p. 57-73.
30. Moh’d Alia, O. and Mandava, R., "The variants of the harmony search algorithm: an overview". Artificial Intelligence Review, Vol. 36, No. 1, pp. 49-68, (2011).
31. Yuan, X., et al., "Hybrid parallel chaos optimization algorithm with harmony search algorithm". Applied Soft Computing, Vol. 17, No. pp. 12-22, (2014).
32. Jaberipour, M. and Khorram, E., "Two improved harmony search algorithms for solving engineering optimization problems". Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, Vol. 15, No. 11, pp. 3316-3331, (2010).
33. Rao, R.V., Savsani, V.J., and Vakharia, D., "Teaching–learning-based optimization: an optimization method for continuous non-linear large scale problems". Information sciences, Vol. 183, No. 1, pp. 1-15, (2012).