برآورد متغیرهای مقاومت برشی شیل‌های سازند شمشک با استفاده ازالگوریتم منطق فازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران

2 دانشجوی دکترا، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانشیار، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

4 استادیار، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

مقاومت برشی از مهم‌ترین ویژگی‌های سنگ‌های رسی و شیل‌ها در مهندسی سنگ و زمین‌شناسی مهندسی به شمار می‌رود. به‌دلیل مشکلات موجود در تهیه نمونه دست‌نخورده، به دست آوردن متغیرهای مقاومت برشی این سنگ‌ها در آزمایشگاه همواره امکان‌پذیر نیست. در این پژوهش برآورد متغیرهای مقاومت برشی شیل‌های سازند شمشک با استفاده از دیگر ویژگی‌های سنگ بررسی شده است. برای این منظور، 30 نمونه از شیل‌های سازند شمشک از گمانههای حفاری‌شده در محل نیروگاه تلمبه‌- ذخیره‌ای سیاه‌بیشه و از ژرفاهای مختلف گرد‌آوری شد و متغیرهای مقاومت برشی (c و ϕ)‌، چگالی، تخلخل، مقاومت کششی و درصد کوارتز برای هر نمونه در آزمایشگاه تعیین شد. داده‌های به دست آمده از روش‌های آماری  و منطق فازی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت تا روابطی میان متغیرهای مقاومت برشی و دیگر ویژگی‌های سنگ به‌دست آید. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که متغیرهای مقاومت برشی شیل‌های مورد مطالعه می‌توانند با دقت قابل قبولی از مدل‌های منطق فازی ارائه شده برآورد شوند. ضرایب R2میان مقادیر برآورد‌شده از مدل‌های منطق فازی  با مقادیر  به‌دست‌آمده در آزمایشگاه برای چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی به ترتیب 95/0 و 84/0 به دست آمد. افزون برتغییرات ضرایب رگرسیون (R2)، روند توزیع خطاهای محاسبه شده، شاخص‌های عملکرد (VAF) و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) به دست آمده ‌برای متغیرهای مقاومت برشی برآورد شده از روش رگرسیون چندمتغیره و روش منطق فازی نشان‌دهنده‌ کارایی و دقت بالای مدل منطق فازی ارائه شده و عدم کارایی مطمئن روش‌های آماری رگسیون چند‌متغیره در برآورد متغیرهای مقاومت برشی شیل‌های مطالعه شده است.
مقاومت برشی از مهم‌ترین ویژگی‌های سنگ‌های رسی و شیل‌ها در مهندسی سنگ و زمین‌شناسی مهندسی به شمار می‌رود. به‌دلیل مشکلات موجود در تهیه نمونه دست‌نخورده، به دست آوردن متغیرهای مقاومت برشی این سنگ‌ها در آزمایشگاه همواره امکان‌پذیر نیست. در این پژوهش برآورد متغیرهای مقاومت برشی شیل‌های سازند شمشک با استفاده از دیگر ویژگی‌های سنگ بررسی شده است. برای این منظور، 30 نمونه از شیل‌های سازند شمشک از گمانههای حفاری‌شده در محل نیروگاه تلمبه‌- ذخیره‌ای سیاه‌بیشه و از ژرفاهای مختلف گرد‌آوری شد و متغیرهای مقاومت برشی (cو ϕ)‌، چگالی، تخلخل، مقاومت کششی و درصد کوارتز برای هر نمونه در آزمایشگاه تعیین شد. داده‌های به دست آمده از روش‌های آماری  و منطق فازی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت تا روابطی میان متغیرهای مقاومت برشی و دیگر ویژگی‌های سنگ به‌دست آید. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که متغیرهای مقاومت برشی شیل‌های مورد مطالعه می‌توانند با دقت قابل قبولی از مدل‌های منطق فازی ارائه شده برآورد شوند. ضرایب R2میان مقادیر برآورد‌شده از مدل‌های منطق فازی  با مقادیر  به‌دست‌آمده در آزمایشگاه برای چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی به ترتیب 95/0 و 84/0 به دست آمد. افزون برتغییرات ضرایب رگرسیون (R2)، روند توزیع خطاهای محاسبه شده، شاخص‌های عملکرد(VAF)و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) به دست آمده ‌برای متغیرهای مقاومت برشی برآورد شده از روش رگرسیون چندمتغیره و روش منطق فازی نشان‌دهنده‌ کارایی و دقت بالای مدل منطق فازی ارائه شده و عدم کارایی مطمئن روش‌های آماری رگسیون چند‌متغیره در برآورد متغیرهای مقاومت برشی شیل‌های مطالعه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Fuzzy Model to Prediction of Shear Strength Parameters of Shemshak Formation Shales

نویسندگان [English]

  • M Kianpour 1
  • M Sayari 2
  • A Uromeihy 3
  • M.R Nikudel 4
1 Ph. D. Student, Departement of Geology‌, Faculty of Science, Kharzmi University, Tehran, Iran
2 Ph. D. Student, Departement of Geology‌, Faculty of Science, Isfahan University, Isfahan, Iran
3 Associate Professor, Departement of Geology‌, Faculty of Science, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
4 Assistant Professor, Departement of Geology‌, Faculty of Science, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Shear strength is one of the most important properties of mudrocks and shales in rock engineering and engineering geology. Because of the difficulty to obtain undisturbed samples of shales as required for determination of shear strength parameters, it is also the most difficult to evaluate. This research investigated properties that can be used to predict the shear strength parameters of Shemshak formation shales. Thirty samples of shales from various depths were collected from boreholes in Shemshak formation in the site of Siahbishe pumped storage powerhouse. Shear strength parameters (c and ϕ), tensile strength (TS), quartz percent (Qz %), porosity (n) and density (ρ) were determined in lab for each sample. Data were analyzed statistically and with fuzzy inference system to determine the relationships between shear strength parameters with other properties. Results show that cohesion and friction angle of shales can be meaningfully predicted from a few engineering properties by fuzzy inference system. The adjusted R2 values between measured and predicted values for cohesion and friction angle are 0.95 and 0.84 respectively. Also the variation of regression coefficient (R2), performance indices (VAF) and root mean square error (RMSE) with were calculated as for the shear strength parameters, obtained from the multiple regression modeland the fuzzyinference system, revealed that the prediction performance and accuracy of the fuzzy models are high and multiple regression equations not have performance in prediction of shear strength parameters of shales.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shale
  • Shemshak Formation
  • Shear strength parameters
  • Fuzzy inference system
  • Multivariate Regression
  • Regression coefficient