مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل

مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل

پیش‌بینی عملکرد خاکریزهای مسلح با ژئوسل و شمع‌های شناور در زیرساخت‌های حمل‌ونقل با استفاده از یادگیری ماشین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 عضو هیات علمی دانشگاه سمنان
2 دانشجوی دکتری دانشگاه سمنان دانشکده فنی و مهندسی
3 عضو هیئت علمی دانشگاه سمنان
10.22075/jtie.2026.42629.1784
چکیده
احداث خاکریز بر بسترهای نرم با نشست تحکیمی و ناپایداری همراه است. کاربرد همزمان ژئوسل و شمع شناور راهکاری مؤثر است، اما نبود روابط طراحی صریح، گسترش آن را محدود کرده است. در این پژوهش، رفتار خاکریز مسلح با ژئوسل متکی بر شمع شناور با مدل‌سازی سه‌بعدی اجزاء محدود به روش سلول واحد و در چارچوب تحلیل استاتیکی تنش مؤثر با اندرکنش آب-خاک بررسی شد. برای بستر نرم، مدل موهر-کولمب با پارامترهای مؤثر( c′ و φ′ ) به کار رفت. با نمونه‌برداری ابرمکعب لاتین، بانک داده‌ای شامل ۷۴۹ نمونه و ۱۵ پارامتر ورودی موثر تولید شد و شش پاسخ کلیدی سیستم در نظر گرفته شدند. پنج الگوریتم یادگیری ماشین ارزیابی شدند. نتایج نشان داد رگرسیون ریج درجه دو با ضریب تعیین ۰٫۹۸۷ برای تنش قائم بستر و ۰٫۹۸۲ برای نشست قائم، دقیق‌ترین و پایدارترین پیش‌بینی را ارائه می‌دهد و استخراج روابط جبری تقریبی برای طراحی اولیه را ممکن می‌سازد. تحلیل اهمیت پارامترها نشان داد مشخصات هندسی و سختی اجزا نقش غالب دارند؛ ارتفاع خاکریز، طول شمع و موقعیت ژئوسل بیشترین تأثیر را بر تنش قائم بستر، نسبت تمرکز تنش و تنش افقی ژئوسل دارند. مطالعه پارامتریک آستانه‌های بهینه ضخامت ژئوسل، مدول ژئوسل و مدول شمع را نشان داد. در محدوده پارامترهای مطالعه‌شده، روابط ارائه‌شده می‌توانند به‌عنوان ابزاری کارآمد در تحلیل‌های اولیه و ارزیابی حساسیت به کار روند؛ با این حال، کاربرد آن‌ها در خارج از این محدوده نیازمند صحت‌سنجی و بازآموزی مدل است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Predicting the Performance of Floating Pile-Supported Geocell-Reinforced Embankments in Transportation Infrastructure Using Machine Learning

نویسندگان English

Abdolhosein Haddad 1
fateme sepahvand 2
Adel Asakereh 3
1 Member of Faculty
2 PhD student , Semnan University, Semnan
3 Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan
چکیده English

Construction of embankments over soft soils is associated with consolidation settlement and instability. The combined use of geocells and floating piles is an effective solution; however, the lack of explicit design relationships has limited its widespread application. In this study, the behavior of a geocell-reinforced embankment supported by floating piles was investigated using three-dimensional finite element modeling with a unit cell approach under static effective stress analysis considering soil-water interaction. For the soft subgrade, the Mohr-Coulomb model with effective parameters (c' and φ') was employed. Using Latin hypercube sampling, a database comprising 749 samples and 15 effective input parameters was generated, and six key system responses were considered. Five machine learning algorithms were evaluated. The results showed that second-order ridge regression, with a coefficient of determination of 0.987 for subgrade vertical stress and 0.982 for vertical settlements, provides the most accurate and stable prediction and enables the extraction of approximate algebraic relationships for preliminary design. Parameter importance analysis indicated that geometric properties and component stiffness play a dominant role; embankment height, pile length, and geocell position had the greatest influence on subgrade vertical stress, stress concentration ratio, and geocell horizontal stress, respectively. The parametric study revealed optimal thresholds for geocell thickness, geocell modulus, and pile modulus. Within the range of the studied parameters, the proposed relationships can serve as an efficient tool for preliminary analyses and sensitivity assessment; however, their application outside this range requires validation and model retraining.

کلیدواژه‌ها English

Geocell
floating pile
reinforced embankment
machine learning
stress concentration ratio

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 24 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 21 شهریور 1405
  • تاریخ بازنگری 23 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 24 مهر 1405
  • تاریخ انتشار 24 مهر 1405