Kết hợp phát triển giải tích và kỹ thuật trí tuệ nhân tạo để xây dựng phương trình thấm Kozeny– Carman cho vật liệu bê tông xi măng rỗng

Bài báo có nội dung chính là xây dựng công thức dự báo hệ số thấm cho vật liệu bê tông xi măng rỗng. Trên cơ sở của việc giải quyết bài toán thấm Darcy, thông qua một số giả thiết cơ bản, nghiên cứu thiết lập phương trình thấm Kozeny– Carman cho vật liệu rỗng. Tiếp đó, một số ứng dụng của hồi quy ký tự được thực hiện cho phép đưa ra các kết quả tường minh đối với vật liệu bê tông xi măng rỗng. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kết hợp phát triển giải tích và kỹ thuật trí tuệ nhân tạo để xây dựng phương trình thấm Kozeny– Carman cho vật liệu bê tông xi măng rỗng 385 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022 Kết hợp phát triển giải tích và kỹ thuật trí tuệ nhân tạo để xây dựng phương trình thấm Kozeny– Carman cho vật liệu bê tông xi măng rỗngLê Bá Anh1, Vũ Thái Sơn2, Nguyễn Văn Hưng3 , Nguyễn Thị Hương Giang1, và Trần Bảo Việt1,* 1 Trường Đại học Giao thông Vận tải, số 3 phố Cầu Giấy, Đống Đa, Hà Nội 2 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, số 55 Đường Giải Phóng, Hai Bà Trưng, Hà Nội 3 UBND Thành Phố Chí Linh, Hải Dương *Email: viettb@utc.edu.vn Tóm tắt. Bài báo có nội dung chính là xây dựng công thức dự báo hệ số thấm cho vật liệu bê tông xi măng rỗng. Trên cơ sở của việc giải quyết bài toán thấm Darcy, thông qua một số giả thiết cơ bản, nghiên cứu thiết lập phương trình thấm Kozeny– Carman cho vật liệu rỗng. Tiếp đó, một số ứng dụng của hồi quy ký tự được thực hiện cho phép đưa ra các kết quả tường minh đối với vật liệu bê tông xi măng rỗng. Thông qua dữ liệu được thu thập, mô hình đề xuất chứng tỏ được hiệu quả trong việc dự báo hệ số thấm của bê tông xi măng rỗng. Kết quả đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế thành phần của bê tông xi măng rỗng nhằm đảm bảo khả năng thoát nước của lớp mặt phủ. Từ khóa: Bê tông xi măng rỗng, hệ số thấm, giải tích, dữ liệu, trí tuệ nhân tạo.1. Mở đầu Vật liệu rỗng được cấu thành từ cấu trúc rắn liên tục sắp xếp có trật tự hoặc ngẫu nhiên tạothành bộ khung và giữa chúng tồn tại những khoảng không gian trống gọi là lỗ rỗng được lấp đầy bởichất lưu (chất lỏng, chất khí, ga). Vật liệu rỗng tồn tại nhiều trong tự nhiên như đất đá, gỗ, xương …hoặc các vật liệu nhân tạo như sứ, kim loại, bê tông, nhựa có độ rỗng cao nhằm phục vụ các ứng dụngquan trọng trong thực tế như quản lý năng lượng, giảm chấn, cách âm, cách nhiệt, thấm nước, sảnphẩm y tế … Một trong những ứng dụng quan trọng của vật liệu rỗng trong ngành xây dựng là bê tôngcó độ rỗng cao dùng để chế tạo lớp phủ có khả năng thấm nước tự nhiên. Giải pháp này có tên gọi làhệ thống thoát nước mặt bền vững (Sustainable Drainage Systems – SUDS). Trái với hệ thống thoátnước truyền thống, hệ thống thoát nước mặt bền vững là giải pháp làm tăng khả năng thấm nước tựnhiên trên bề mặt phủ. Tại Việt Nam, hệ thống thoát nước bền vững nói chung và đặc trưng cơ lý, cấutạo của các lớp vật liệu rỗng cấu thành hệ thống nói riêng đã được triển khai nghiên cứu và thí điểmứng dụng thông qua một số công bố khoa học [1]. Bê tông xi măng rỗng thoát nước (BTR) đóng một vai trò quan trọng trong SUDS, phục vụ vớimục đích kép vừa là công cụ quản lý nước mưa, đồng thời cũng là bề mặt chịu tải trọng khai thácnhẹ/trung bình (đường nội bộ, đường đi bộ và xe đạp, bãi đổ xe, vỉa hè, v.v). BTR là một loại bê tôngđặc biệt được đặc trưng bởi cấu trúc lỗ rỗng liên kết và có độ rỗng cao, thường dao động từ 15 ÷ 35%theo thể tích, tương ứng với khả năng thấm hiệu quả lên đến 6 mm/s. Các lớp phủ mặt được chế tạo từBTR có nhiều ưu điểm so với bê tông thông thường như: giảm nguy cơ ngập lụt, tiếng ồn giao thông,nhiệt độ bề mặt, cải thiện mực nước ngầm, chi phí thấp, v.v. Tuy nhiên, một số đánh giá cũng thảoluận về những khó khăn chính của việc sử dụng BTR trong thực tế, bao gồm hiện tượng tắc nghẽn, độbền lâu dài và thiết kế tỷ lệ hỗn hợp tối ưu [2]. Để xác định tỷ lệ hỗn hợp BTR, thông thường cần dựa trên giá trị mục tiêu của độ rỗng thiết kế.Sau đó, hai tính chất cơ bản của BTR là cường độ và độ thấm được xác định hoặc thông qua công việcthực nghiệm hoặc ước tính dựa trên một số mô hình dự báo. Nhìn chung do ảnh hưởng của cấu trúckhông gian ngẫu nhiên của BTR, nên việc dự báo các tính chất cơ lý và thủy lực của BTR là khá khó 386 Vũ Thái Sơn, Nguyễn Văn Hưng, Nguyễn Thị Hương Giang, Lê Bá Anh, Trần Bảo Việtkhăn. Để khắc phục, gần đây các mô hình trí tuệ nhân tạo đã được phát triển và ứng dụng cho vật liệuBTR [3]. Tuy vậy các công thức xây dựng dựa trên mô hình trí tuệ nhân tạo thường có dạng mờ(Black-box) khiến cho việc áp dụng thực tế gặp nhiều khó khăn. Những nghiên cứu gần đây [4], chophép xây dựng công thức thực nghiệm dựa trên kết hợp phát triển phương trình giải tích và hồi quy dữliệu, tuy vậy độ chính xác chưa thực sự cao. Nội dung chính của báo cáo này là hướng tới công thức giải tích đơn giản, hiệu quả cho phépước lượng ban đầu hệ số thấm của vật liệu BTR. Do vậy, bài báo đã kết hợp giữa việc phát triển môhình giải tích với phương pháp lập trình di truyền dựa trên dữ liệu ...