محمد رضائی

در پروژه‌های مهندسی ژئوتکنیک و معدن، تخمین دقیق شاخص‌های کیفی توده‌سنگ مانندRMR ، GSIو Q نقش حیاتی در طراحی سازه‌های زیرزمینی، تحلیل پایداری شیب‌ها و برنامه‌ریزی حفاری دارد. با این حال، تعیین این شاخص‌ها به روش‌های سنتی بسیار زمان‌بر، پرهزینه و وابسته به داده‌های میدانی دشوار است. هدف این تحقیق، توسعه مدل‌های ریاضی بهینه برای تخمین سه شاخص مذکور بر اساس پارامترهای پتروفیزیکی و مکانیکی توده‌سنگ با استفاده از الگوریتم‌های هوشمند است. در این راستا، ابتدا ۲۰ پارامتر ورودی شامل ویژگی‌های فیزیکی، مکانیکی، دینامیکی و هیدروژئولوژیکی توده‌سنگ شناسایی شد. سپس با استفاده از الگوریتم جنگل تصادفی، ۵ پارامتر مؤثر بر هر خروجی، استخراج گردید. برای مدل‌سازی روابط بین این ورودی‌ها و شاخص‌های خروجی، شش الگوریتم فراابتکاری شامل TRR، GA، PSO، SA، و دو مدل ترکیبی PSO-SA و TRR-GA به کار گرفته شد. در مجموع، ۹۰ مدل ریاضی بهینه با فرم‌های تابعی مختلف (خطی، توانی، لگاریتمی، نمایی و چندجمله‌ای درجه دو) توسعه یافت که دقیق‌ترین مدل‌ها بر اساس شاخص‌های آماری شامل R²، RMSE، MSE، MAPE و MARE انتخاب شدند. مدل‌های پیشنهادی با استفاده از داده‌های نادیده و روش اعتبارسنجی متقاطع ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که مدل‌های ترکیبی، به‌ویژه TRR-GA، در پیش‌بینی هر سه شاخص دقت بالاتری نسبت به مدل‌های منفرد دارند. همچنین، استفاده از منحنی RECو شاخص‌های مکمل مانند A20، IOA و IOS مؤید پایداری و دقت بالای مدل‌های توسعه‌داده‌شده بود. در اغلب موارد، روابط چندجمله‌ای درجه دوم به‌عنوان بهترین فرم تابعی شناخته شدند که از منظر مکانیکی نیز با رفتار غیرخطی و پیچیده توده‌سنگ‌ها هم‌خوانی دارد. در گام پایانی، با هدف ارزیابی عملی مدل‌ها، تحلیل اقتصادی جامعی انجام شد. نتایج نشان داد که استفاده از پارامترهای ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر مانند سرعت امواج فشاری و برشی، چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی و RQD، می‌تواند به کاهش چشمگیر هزینه‌های تعیین شاخص‌های RMR، GSI و Q منجر شود. به‌عنوان مثال، استفاده از Vp برای تخمین Q، صرفه‌جویی اقتصادی معادل ۹۰/9 درصد نسبت به روش‌های سنتی به همراه داشت. در مجموع، این تحقیق با ارائه مجموعه‌ای از روابط بهینه و کاربردی، روشی هوشمند، سریع و اقتصادی برای تخمین شاخص‌های ژئومکانیکی توده‌سنگ فراهم نموده و می‌تواند در پروژه‌های معدنی و عمرانی با داده‌های محدود به‌عنوان جایگزینی مناسب برای روش‌های کلاسیک مورد استفاده قرار گیرد.