Şev stabilitesi problemlerinin incelenmesinde bütünleşik ve bilgi tabanlı bir sistem geliştirilmesi
The development of an integrated and intelligent design environment for the investigation of slope stability problems
- Tez No: 143104
- Danışmanlar: PROF. DR. METE İNCECİK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2003
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geoteknik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 235
Özet
Geoteknik mühendisliğinin önemli araştırma konularından biri olan şev stabilitesi problemlerinin çözümü, veri toplama, model oluşturma, analiz ve tasarım gibi bir çok aşamadan oluşmaktadır. Problemin çözümüne, araziye ait mevcut bilgilerin incelenmesi ve gerekli zemin etüdlerinin yapılması ile başlanır. Elde edilen tüm bilgiler ve geçmiş projelerden edinilen deneyimin ışığında şev problemine ait bir model oluşturulur. Bu model üzerinde şev analizleri gerçekleştirildikten sonra, sonuçların değerlendirilmesi ve gerekli önlemlerin tasarlanması ile çözüme ulaşılır. En son aşamada ise süreç boyunca elde edilen bilgiler arşivlenir. Çeşitli araştırıcılar, geoteknik mühendisliği problemlerinin bütün aşamalarım kapsayan bir yaklaşım ile ele alınmasını uzun süredir önermelerine karşılık, şev stabilitesi üzerine yapılan çalışmalar, yukarıda sözü edilen aşamaların belli bir bölümünü kapsamaktadır. Şev stabilitesi problenainin bütün inceleme aşamalarım kapsayan ve bilgisayar destekli çözümleri sağlayabilecek bir yaklaşımın şimdiye kadar geliştirilmediği görülmektedir. Bu çalışmada şev stabilitesi probleminin tüm çözüm aşamalarım kapsayan ve bu aşamaların bilgisayar destekli olarak gerçekleştirilmesini sağlayan bütünleşik (integrated) ve bilgi tabanlı bir sistem geliştirilmeye çalışılmıştır. Önerilen bu sistem“Bütünleşik ve Bilgi Tabanlı Şev Analiz ve Tasarım Sistemi (BilŞEV)”olarak adlandırılmıştır. Oluşturulan genel yapının geçerliliğini göstermek amacıyla bir prototip sistemin geliştirilmesi çalışmanın temelini oluşturmaktadır. BilŞEV'de, şev stabilitesi probleminin çözümünde gerek duyulan araçlar ve bunların fonksiyonları tanımlanmıştır. Toplam sekiz modülden oluşan sistemde ilk modül, şev stabilitesi konusundaki uzmanlık bilgilerini programlamakta kullanılan, bilgi tabanlı sistem (uzman sistem) modülüdür. İkinci modül, süreç içinde elde edilen bilgilerin depolandığı veri bankası modülüdür. Toplanan verilerin raporlanması ve internet üzerinden erişime açılması ayrı modüllerde ele alınmıştır. Probleme ait şev analizi, şev stabilitesi analiz modülü içinde gerçekleştirilmektedir. Şevde alınacak önlemlerin tasarımı, analiz modülünden ayrı bir modül olarak tasarlanmıştır. Şev tasarım modülünün fonksiyonu, ekonomi, güvenlik, süre, malzeme gibi kriterleri göz önüne alarak, stabilizasyon yöntemlerini belirlemektir. Çözümün herhangi bir aşamasında gerek duyulan grafik görüntülerin CAD, GIS veya diğer çizim araçları ile üretilmesi çizim modülünün fonksiyonu olarak tanımlanmıştır. Başka bir modülde de, veri bankasında depolanan projelerin, yeni bir problemin çözümünde kullanılmasını sağlayan vaka tabanlı bir sonuç çıkarım mekanizmasına yer verilmiştir.BilŞEV'e ait genel yapının geçerliliğini göstermek amacıyla geliştirilen prototip sistem kapsamında uzman sistem, veri bankası ve şev analiz modülleri oluşturularak aralarındaki ilişkiler tanımlanmıştır. Prototip kapsamında geliştirilen uzman sistem modülüne BilŞEV-US adı verilmiştir. Bu modül bir uzman sistemin sahip olması gereken yorumlama mekanizması, açıklama mekanizması ve grafik kullanıcı arabirimi gibi temel elemanlara sahiptir. BilŞEV-US, yoğun bilgi kullanımı, bilgi ve kontrolün ayrı tutulması, işleyiş sırasında açıklama yapabilme gibi temel uzman sistem özelliklerini taşımaktadır. Kullanıcı, bilgi tabanım kendi istekleri doğrultusunda geliştirme olanağına sahiptir. BilŞEV-US, sistem tarafından istenen girdiler için bilgi tabanlarım kullanarak“öneri”de bulunabilmekte ve getirilen önerilere“nasıl”ulaşıldığım açıklayabilmektedir. Bunun yam sıra, sistem tarafından istenen girdilerin“ne için”sorulduğuna da yamt verilebilmektedir. Modülde, problemin her aşamasında girilen bilgilerin doğruluğunu sorgulayabilen, veriler arasında ortaya çıkan geoteknik uyumsuzlukları belirleyen, bir“uyan mekanizması”da bulunmaktadır. BilŞEV-US, mühendisin yararlanacağı bir karar destek sistemi olarak tasarlanmıştır. Başka değişle, sistem tarafından yapılan tüm değerlendirmeler öneri veya uyan niteliğinde ekranda gözükmekte, sistem her hangi bir aşamada kullanıcının onayı olmadan işlem yapmasma olanak tanımamaktadır. BilŞEV kapsamında geliştirilen prototip sistemde, kayma riski bilgi tabanı, gerekli güvenlik sayısı öneri bilgi tabam ve zeminlerin mühendislik özelliklerini tahmin bilgi tabam olmak üzere üç bilgi tabam bulunmaktadır. Bunlardan kayma riski ile gerekli güvenlik sayısı öneri bilgi tabanlan BilŞEV-US içinde yer almaktadır. Kayma riski bilgi tabam, geoteknik literatürden elde edilen bilgilere dayanılarak oluşturulmuştur. Modülün amacı, yeterli bilgi sahibi olunmayan bir bölgede yapılacak ön araştırmada, o bölgenin kayma riski hakkında, kullanıcının bir fikir sahibi olmasını sağlamaktır. Gerekli güvenlik sayısı öneri modülü, bir şev stabilitesi probleminde kullamlması gerekli minimum güvenlik sayısının belirlenmesine yardımcı olmaktadır. Gerekli güvenlik sayısı önerileri, şev türü, şevin kalıcı veya geçici olarak tasarlanması, mukavemet parametrelerinin elde edilmesindeki doğruluk derecesi, şevin göçme durumunda oluşacak can ve mal kaybı göz önüne alınarak yapılmaktadır. Zeminlerin mühendislik özelliklerinin tahminine yardımcı olan bilgi tabam, grafik çizim özellikleri gerektirmesi nedeniyle Ms Excel elektronik tablo programı kullanılarak geliştirilmiştir. Bu bilgi tabam, korelasyonlarda girdi olarak kullanılan değişkenlerin yer aldığı“Temel Değişkenler”sayfası, korelasyonlara ait özet bilgilerin ve sonuçlarının yer aldığı“Korelasyon Listesi”sayfası ve davranış parametrelerine ait tipik değerlerin yer aldığı“Tipik Değerler”sayfası ile her korelasyonun detaylarına yer verilen ayn“Korelasyon”sayfalarından oluşmaktadır. Şev stabilitesi problemine ait tüm veri ve sonuçlan bilgisayar ortamında depolamak, raporlamak ve internet üzerinden erişimini sağlamak amacıyla bir veri bankası (BilŞEV-XDB) oluşturulmuştur. Çalışmanın amacına uygun bir veri yapısı oluşturulduktan sonra, farklı veri bankaları ve programlar arasında veri transferine, internet erişimine ve raporlamaya olanak sağlayan XML (eXtendended Mark-up Language) dili kullamlarak şev stabilitesine özel bir etiketleme dili geliştirilmiştir. Şev stabilitesi dokümanlanmn istenilen kısımlarmı belli bir konuya ait etiket (tag) ile işaretlenmesine olanak tanıyan bu dil“Şev Stabilitesi Etiketleme Dili (ŞevML)”olarak isimlendirilmiştir. Önerilen bütünleşik ve bilgi tabanlı şev analiz yaklaşımı ile uygulamadaki şev stabilitesi problemlerinin çözülebileceğini göstermek amacıyla bir şev stabilitesi hesap programı (BilŞEV-SSA) geliştirilmiştir. Program, çok tabakalı zemin profillerinin şev stabilitesi analizini dairesel kayma yüzeyleri için, yeraltı su seviyesini ve dış yükleri göz önünen alarak gerçekleştirmektedir. Güvenlik sayıları İsveç Dilim yöntemi ve Basitleştirilmiş Bishop yöntemlerine göre hesaplanmaktadır. Analiz modülü iki farklı problem için test edilmiş ve programın doğru sonuçlar verdiği görülmüştür. BilŞEV'in uzman sistem modülü (BilŞEV-US), Clips uzman sistem geliştirme aracı ve C++ programlama dili kullanılarak geliştirilmiştir. Veri bankası, XML dili kullanılarak geliştirilen şev stabilitesi etiketleme dili (ŞevML) ile oluşturulmuştur. Şev analiz modülü ise C++ programlama dili ile geliştirilmiştir. Sistem Microsoft İşletim Sistemleri altında çalışmaktadır. Geliştirilen bütünleşik ve bilgi tabanlı şev analiz sistemi, şev stabilitesi konusundaki deneyim ile elde edilen uzmanlık bilgisinin programlanmasını, bu bilgilerin şev probleminin incelenmesindeki değişik aşamalarda kullanılmasını ve şev analizi için girilen verilerde oluşan geoteknik uyumsuzlukların azaltılmasını sağlamaktadır. Böylece genç mühendislerin şev stabilitesi problemlerini incelemelerine büyük katkısı olmaktadır. Sisteme girilen değerler için bilgi tabanlarım kullanarak öneride bulunabilmekte, önerilere nasıl ulaşıldığım açıklayabilmektedir. Şev stabilitesi analiz sonuçlan ile gerekli güvenlik sayısının irdelenmesine ve elde edilen şev stabilitesi bilgilerinin elektronik ortamda arşivlenmesine olanak sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The solution process of the slope stability problems, being one of the main subjects in geotechnical engineering, consists of many stages such as data collection, modeling, analysis and design. The initial stage of the solution begins with a site- related literature survey and a site reconnaissance study that enable the planning and performance of in-situ investigations. Following this stage, with all the information gathered and by recalling previous experiences, the model of the slope stability problem is constituted. After the slope stability analysis is completed by using the proposed model, the final solution is attained by evaluation of the results of the analysis and by designing the remedial measures that should be taken. The final step is the storage of all the data collected during all this process. Slope stability studies usually consist of some certain parts of the above mentioned stages. Consequently, there exists no approach covering all solution stages together with a computer-aided analysis. Meanwhile, there have been some researchers pointing out the necessity of such complete approaches for the study of geotechnical engineering problems. In this study, a general framework for an integrated and knowledge based system that comprises all solution stages of a slope stability problem and enabling a computer- aided analysis has been constituted and for the validation of the framework, a prototype system has been developed. The system is called“Integrated and Intelligent Design Environment for Slopes (SlopelDE)”. In the general framework of the SlopelDE, the necessary tools for the solution of the slope stability problem and the functions of these tools are defined and grouped in a modular structure. The system contains totally eight modules. The first of which is the knowledge-based system (expert system) that is used for programming the expert knowledge related with slope stability. The second one is the database module where the information gathered during the process is stored. Preparation of reports and making them accessible through internet is managed in separate module. The slope stability analysis module performs the stability calculations of the problem. The design of remedial measures for the slope stability is handled in another module. The function of the slope design module is the determination of the stabilization method by considering criteria like safety, material type, economy, duration, etc. The graphical representations to be needed at any stage of the process are provided by drawing module, which uses CAD, GIS or any other drawing tools. A case-based reasoning mechanism that enables the use of the stored projects in the database for the solution of a new problem is included in another module. Internet interface provides a controlled access to the slope stability database. The prototype system developed for the validation of the proposed general framework has expert system, database and slope stability analysis modules. The expert system module named as SlopeIDE-ES, includes all the fundamental elements of an expert system should have such as inference mechanism, explanation mechanism and graphics user interface. SlopeIDE-ES contains main expert system characteristics like intense knowledge usage, separation of the data and control, giving explanation during execution. The user has the possibility of developing the knowledge base with regard to his/her demand. SlopeIDE-ES can make advices for the answers of the input questions by using its knowledge bases and can explain how these answers are produced. It can also give the answer of why it asks for an input. The module contains a warning mechanism that can question the validity of the data input at every stage of the problem and determine the geotechnical inconsistencies that may occur between different data. SlopelDE system has been designed as a decision supporting system. In other words, the advices made by the system are displayed on the screen as advices or warnings and no operation is allowed without the permission of the user. In the prototype system developed for SlopelDE there are three knowledge bases. These are for the estimation of landslide risk, safety factor and the engineering properties of the soils. First two of these are implemented in SlopeIDE-ES. The latter that require graphical drawing features was developed by an electronic spreadsheet program; Ms Excel. Landslide risk knowledge base has been developed by using information collected form geotechnical literature. The function of this knowledge base is to provide an idea for the user about the risk of sliding in an area where no sufficient information is available. Safety factor advice knowledge base provides assistance in the determination of minimum safety factor for the stability of a slope. The advices offered by the system are made by taking into consideration of factors such as slope type, duration, the accuracy in the determination of strength parameters and the possible loss of both life and goods expected in case of the failure of the slope. Another knowledge base named as SlopeIDE-PE has been developed for assistance in the estimation of engineering properties of the soils. This knowledge base is comprised of four main types of sheets. In“Basic Variables Sheet”, variables that are used as input for the correlations is represented in rows by its name, symbol, value, unit, format, and allowable values or numerical ranges depending of the format of the variable.“Correlation List Sheet”has been created so that all correlations can be evaluated and compared with each other. The correlation's parameter name, subtype, value, unit, reference, arguments is given in a row in this sheet. Details and the related graphics of the correlations are given in separate“Correlation Sheef's. ”Typical Values Sheet“ contains the maximum, minimum and average values of index parameters and material behavior parameters, and the reference where this data is gathered. Both index and material behavior parameters can be queried based on the descriptive soil parameters such as major and minor soil types, plasticity, grain size, roundness etc. A database named as SlopelDE-XDB was developed for the storage of all data and results of slope stability problem in the computer. After establishing a data structure suitable for the purpose of the study, a mark-up language that is specific for the slope stability was developed by using XML (extended Mark-up Language) that provides data transfer, internet access and reporting features. This language, which enables labeling of the desired parts of the slope stability documents with tags representing a specific subject, is named as ”Slope Stability Mark-up Language (SlopeSML)". A slope stability calculation program (SlopelDE-SSA) was developed in order to show that real slope stability problems can be solved within proposed approach. This program is capable of performing the slope stability analysis for circular sliding surfaces by considering multi-layered soil profiles, ground water level and external loads. Safety factor values are calculated according to Swedish Slice Method and Simplified Bishop Method. The analysis module has been tested for two different problems and it has been found that the program gives correct results. The expert system module of SlopelDE was developed by using Clip expert system developing tool and C++ programming language. The database has been implemented by slope stability mark-up language (SlopeSML). Slope Analysis module has been developed by C++ programming language. The system operates under Microsoft Operating Systems. The integrated and intelligent design environment for slopes (SlopelDE) provides many important features such as programming the expert knowledge in the slope stability area and determining the geotechnical inconsistencies encountered during the data input. Moreover, it provides assistance for the young engineers in the solution of slope stability problems. The system includes a mechanism of making advices for the input parameters by using its knowledge bases and it can provide explanations of the process it uses for these advices. The system can evaluate the relation between the slope stability analysis results and the safety factor. It makes possible the storage of slope stability information in a database that can be accessed through internet.
Benzer Tezler
- Şev stabilitesi problemlerinin sonlu elemanlar yöntemiyle iki ve üç boyutlu analizi
Finite element analysis of slope stability problems in two and three dimensional cases
VEYSEL SÜLEYMAN YAVUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
İnşaat MühendisliğiDicle Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TAHA TAŞKIRAN
YRD. DOÇ. DR. M. SALİH KESKİN
YRD. DOÇ. DR. M. ŞEFİK İMAMOĞLU
- Farklı zemin koşulları altında şev stabilitesi probleminin sayısal olarak araştırılması
Numerical investigation of slope stability problem under different soil conditions
MUHAMMED HASAN HÜSEYİN AKÇALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiİSTANBUL NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK BİLDİK
- Sonlu elemanlar ve limit denge yöntemleri ile şev stabilitesi analizi
Slope stability analysis using with the finite elements method and limit equilibrium method
ADNAN TEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. M.KUBİLAY KELEŞOĞLU
- Bilgisayarla şev stabilitesi probleminin incelenmesi ve çan linyitlerine uygulanması
Slope stability analysis using micro computer and application to T.K.I çan
OĞUZ ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
1990
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ERKİN NASUF
