معادلات تجربی جدید برای تخمین نشست سطحی زمین در اثر حفر تونل ‌های دایره‌ای در خاک‌ های چسبنده با الگوریتم برنامه‌ریزی بیان ژن

هدف مقاله حاضر تخمین نشست سطحی زمین ناشی از حفر تونل دایره‌ای شکل در خاک‌های چسبنده با در نظر گرفتن عدم قطعیت‌های پارامترهای هندسی و ژئوتکنیکی می‌باشد. بدین منظور پس از شبیه‌سازی عددی تونل برمبنای روش تفاضل محدود دوبعدی در نرم‌افزار flac2d، پروفیل‌های نشست سطحی زمین با استفاده از تحلیل رگرسیون (رابطه گاوسی) تعیین شد. تاثیر تغییرات پارامتریک پارامترهای هندسی و ژئوتکنیکی برمبنای نسبت‌های بدون بعد عمق به قطر تونل (c/d)، مقاومت خاک (γd/su) و مدول الاستیسیته به مقاومت برشی زهکشی‌نشده یا سختی خاک (e/su) بر نشست سطحی زمین مطالعه گردید. نتایج نشان داد که با افزایش c/d (افزایش سربار موجود در بالای تونل)، نشست سطحی افزایش می‌یابد. با افزایش γd/su (ضعیف‌تر شدن خاک)، نشست در یک c/d و e/su ثابت در حال افزایش است. نرخ افزایش نشست در نسبت‌های γd/su بیشتر با شدت مضاعفی نسبت به افزایش c/d رخ می‌دهد. این موضوع بیانگر تاثیر بیشتر پارامترهای ژئوتکنیکی خاک اطراف تونل بر نشست در مقایسه با پارامترهای هندسی است. بین تغییرات e/su و نشست رابطه عکس برقرار است و با افزایش e/su (سخت‌تر شدن خاک)، مقادیر نشست کاهش می‌یابد. در ادامه با استفاده از الگوریتم برنامه‌ریزی بیان ژن (gep) و تشکیل یک پایگاه داده مشتمل بر 1000 مدلسازی مختلف برحسب ترکیبی از تغییرات c/d، γd/su به‌ازای e/suهای ثابت (ورودی‌های مدل) و نتایج smax/h (خروجی مدل)، دو معادله تجربی جدید به‌عنوان مدل‌های تجربی بهینه برای تخمین نشست سطحی نرمالایزشده زمین پیشنهاد شد. نتایج این این مطالعه موید این است که به‌جای اندازه‌گیری زمان‌بر و شرایط پیچیده نشست سطحی زمین در اثر حفر تونل در مقیاس واقعی، می‌توان از محاسبات نرم برای پیش‌بینی سریع‌تر و اقتصادی‌تر چنین ویژگی‌هایی در حفاری تونل بهره برد.

new empirical equations for estimation of land surface settlement ground surface settlement induced by circular tunnels excavations in cohesive soils with gene expression programming algorithm

the present paper aimed to estimate the ground surface settlement induced by circular tunnel excavation in cohesive soils by considering the uncertainties of geometrical and geotechnical parameters. to this end, after numerical simulation of the tunnel based on the two-dimensional finite difference method in flac2d, the ground surface settlement profiles were analyzed using regression analysis (gaussian equation). the effect of parametric changes of geometrical and geotechnical parameters on ground surface settlement has been studied based on dimensionless ratios including depth to tunnel diameter (c/d), soil strength (γd/su) and soil stiffness (e/su). the results showed that by increase in the c/d (increase of overburden pressure of the tunnel), the settlement increases. as γd/su increases (soil weakening), the amount of settlement increases at a constant c/d and e/su. the rate of change of settlement increase in γd/su ratios occurs with more intensity than the increase in c/d. this indicates the greater impact of geotechnical parameters of the soil around the tunnel on surface settlement in comparison with geometric parameters. there is an inverse relationship between e/su changes and surface settlement, and with increasing e/su (soil stiffness), settlement decrease. then, using the gene expression programming (gep) algorithm and forming a database containing of 1000 different simulations in terms of a combination of changes in c/d, γd/su for constant e/su (inputs) and smax/h results (output), two new empirical equations were proposed as optimal empirical models for estimating the normalized ground surface settlement. the results of this study confirm that instead of measuring the time-consuming and complex conditions of ground surface settlement due to tunnel excavation on a real scale, soft calculations can be used to predict such features faster and more economically in tunnel excavation.