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  • 學位論文

基因演算法自動演化類神經網路應用於飽和砂土不排水三軸應力-應變行為之模擬

Simulation of Stress-Strain Behavior of a Saturated Sand in Undrained Triaxial Tests Based on Genetic Adaptive Neural Networks

指導教授 : 陳怡睿
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摘要


土地進行開發前,測定及暸解土壤之工程特性為必要的工作之一,經由鑽探取得土樣後,藉由土壤一般物理試驗及力學試驗可求得土壤性質,以判定基地是否為敏感地、基礎的承載力是否足夠、是否有發生液化之可能等。然而土壤是一種複雜的材料,所以現有描述土壤行為的應力-應變理論模式,無可避免的會有誤差,大地工程師常需要利用一些經驗公式來進行預測與分析有限的資料,這些經驗式往往是經由觀察有限之試驗現象,並使用統計迴歸分析所獲得,因此,大都內含限制性或不確定之假設。 一般而言,以電腦程式模擬土壤試驗有其優點,包括較經濟、可縮短工程設計時程、可萃取更多資訊等。其中,人工智慧之類神經網路則具有高速計算能力、高記憶能力及高學習能力,類神經網路與經驗公式不同點在於類神經網路不需要事先假設方程式的型式,可模擬不同類型之問題,而不需要先行假定問題的型別,且訓練方法非常簡單,可處理大批資料,加上精度高、速度快,因此適用於處理高度複雜的非線性函數問題。且由於類神經網路在土壤眾多參數中具有學習與統合交互影響的能力,因此,本研究將直接採用飽和砂土三軸試驗數據,應用類神經網路模擬土壤的應力?{應變行為。本研究亦藉由運用基因演算法則,自動演化類神經網路之結構並訓練其網路。基因演算法則亦是人工智慧的一類,是以電腦模擬生物界中「物競天擇」及「遺傳法則」所建構而成的一種最佳化搜尋機制,具有尋找全域最佳解之功能。 研究結果顯示,不但土壤的收縮和膨脹行為能被基因自動演化類神經網路架構所模擬,而且等向壓密及非等向壓密三軸不排水剪力試驗與等向壓密三軸不排水反覆剪力試驗之結果也可有效地被模擬。本研究建置之模擬架構可以適宜的表現出土壤收縮-膨脹行為,可提供大地工程界一簡便且可靠的輔助分析方法。

並列摘要


Before land development, testing and understanding soil characteristics are necessary. From the testing results of specimen obtained by boring, the bearing capacity and liquefaction potential are determined. Geoengineers need some stress-strain relation models to predict and analyze. However, the current empirical formula is obtained from regression from limited data and tests by making some restricted and uncertain assumption since soil is a complex material. Therefore, the current formula has errors more or less. In general, computer simulation of soil testing has some advantages. It save money and time and can extract more information. It is not necessary to assume the type of formula for artificial neural networks. Furthermore, artificial neural networks can solve complex nonlinear problems with high accuracy. Therefore, artificial neural networks are used to simulate triaxial stress-strain relation of saturated soil in this study. Genetic algorithm is employed to evolve the parameters used in artificial neural networks to obtain global optimal solution. The results show that artificial neural networks can simulate the shrinkage and dilation of soil. Undrained triaxial tests for isotropic and anisotropic consolidation can also be simulated effectively. The proposed simulation framework can be used as auxiliary analysis method in practice.

參考文獻


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被引用紀錄


詹鎮宇(2012)。細粒料含量影響飽和砂土應力-應變行為分析與模擬〔碩士論文,長榮大學〕。華藝線上圖書館。https://doi.org/10.6833%2fCJCU.2012.00024

延伸閱讀