مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

پیش‌بینی ظرفیت باربری پی‌های سطحی بر روی خاک‌های آلوده نفتی با استفاده از مدل‌های ترکیبی یادگیری ماشین

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
2 دانشیار، گروه مهندسی عمران ، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
3 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
10.22065/jsce.2026.579807.3959
چکیده
پیش‌بینی ظرفیت باربری و نشست خاک‌ها بخشی از مهندسی ژئوتکنیک است که به توانایی خاک در تحمل بارهای وارده بدون گسیختگی و به میزان فرورفتن یا جابجایی عمودی سازه‌ها به دلیل فشردگی خاک اشاره دارد. در این مقاله با توجه به پیچیدگی‌های موجود در رفتار خاک، به ویژه در شرایط آلودگی با مواد نفتی، از آزمایش‌های آزمایشگاهی و میدانی و یادگیری ماشین برای بهبود پیش‌بینی‌ها استفاده‌شده است. یادگیری ماشین پیشنهادی مبتنی بر روشهای محاسبات نرم است که شامل استفاده از الگوریتم جهت جریان به‌عنوان یک الگوریتم فراابتکاری و تنظیم پارامترهای روش شبکه عصبی مصنوعی و ماشین بردار پشتیبان میباشد و دو مرحله کلی دارد. مرحله اول مربوط به پیشبینی زاویة اصطکاک داخلی و چسبندگی خاک با توجه به عوامل تأثیرگذار آن از جمله آلودگی نفتی است و در مرحله دوم مربوط به پیشبینی ظرفیت باربری با توجه به میزان زاویة اصطکاک داخلی، چسبندگی خاک است. همچنین جهت افزایش دقت پیشبینی، از تکنیک یادگیری چندتایی شامل سه روش یادگیری ماشین پیش‌بینی‌کننده، از جمله دو روش شبکه عصبی مصنوعی و ماشینبردار پشتیبان که با الگوریتم جهت جریان بهبودیافته و روش درخت تصمیم استفاده‌شده است. نتایج نشان داد که از مدل پیشنهادی توانسته با خطای 2072/0 میزان ظریفت باربری را پیشبینی کند و نسبت به نتایج حاصل از فرمول های محاسباتی Hansen ، Meyerhof و Vesic نیز عملکرد بهتری داشته باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Prediction of Bearing Capacity of Shallow Foundations on Petroleum-Contaminated Soils Using Hybrid Machine Learning Models

نویسندگان English

Shayan Aghaalizadeh Kolkhoran 1
Meysam Bayat 2
Shahab Kabiri Renani 3
1 PhD student, Department of Civil Engineering, Na.C., Islamic Azad University, Najafabad, Iran
2 Associate professor, Department of Civil Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
3 Assistant professor, Department of Civil Engineering, Na.C., Islamic Azad University, Najafabad, Iran
چکیده English

The prediction of soil bearing capacity and settlement forms a fundamental aspect of geotechnical engineering, referring to the soil’s ability to withstand applied loads without failure, as well as to the extent of structural settlement or vertical displacement due to soil compression. In this study, considering the complexities involved in soil behavior—particularly under oil contamination—laboratory and field tests in conjunction with machine learning techniques have been employed to improve prediction accuracy. The proposed machine learning approach is based on soft computing methods and incorporates the Flow Direction algorithm as a metaheuristic for parameter optimization in Artificial Neural Networks (ANN) and Support Vector Machines (SVM), proceeding in two main phases. The first phase involves the prediction of internal friction angle and soil cohesion based on influential factors, including oil contamination. The second phase focuses on predicting the bearing capacity as a function of the internal friction angle and cohesion. Additionally, to further enhance prediction accuracy, a multimodal learning technique comprising three Prediction model was utilized, which includes two methods—ANN and SVM—optimized with the improved Flow Direction algorithm and a Decision Tree approach. The results demonstrated that the proposed model could predict bearing capacity with a minimum error of 0.2072, outperforming traditional empirical formulas such as Hansen, Meyerhof, and Vesic.

کلیدواژه‌ها English

Machine learning
Internal friction angle
Soil cohesion
Bearing capacity
Analytical model

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 26 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 01 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 29 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 26 شهریور 1405