Development of Slope Stability Analysis Method Based on Discrete Element Method and Genetic Algorithm I. Estimation

개별요소법과 유전자 알고리즘에 근거한 사면안정해석기법의 개발 I. 검증

  • 박현일 (삼성물산(주) 건설부문 기술연구소) ;
  • 박준 (한국과학기술원, 건설 및 환경공학과) ;
  • 황대진 (삼성물산(주) 건설부문 기술연구소) ;
  • 이승래 (한국과학기술원, 건설 및 환경공학과)
  • Published : 2005.06.01

Abstract

In this paper, a new method composed of discrete element method and genetic algorithm has been introduced to estimate the safety factor and search critical slip surface on slope stability analysis. In case of estimating the safety factor, conventional methods of slope analysis based on the limit equilibrium do not satisfy the overall equilibrium condition; they must make assumptions regarding the inclination and location of the interstice forces. An alternative slope analysis method based on the discrete element method, which can consider the compatibility condition between force and displacement, is presented. Real-coded genetic algorithm is applied to the search for the minimum factor of safety in proposed analysis method. This search method is shown to be more robust than simple optimization routines, which are apt to find local minimum. Examples are also shown to demonstrate the applicability of the proposed method.

본 연구에서는 토사사면의 안전율을 산정하고 최소임계단면을 탐색하기 위하여 개별요소법과 유전자 알고리즘으로 조합된 새로운 해석방법이 제안되었다. 안전율 산정시, 한계평형법에 근거한 통상적인 사면안정 해석법들은 전체적인 힘평형을 만족하지 못하기 때문에 절편간에 작용하는 힘의 경사와 위치에 대한 가정이 불가피하다. 개별요소법에 근거하여 개발된 사면안정해석법은 힘과 변위간의 적합조건을 만족할 수 있다. 또한 제안된 해석기법에서는 최소임계 단면을 탐색하기 위하여 실수형 유전자 알고리즘이 적용되었다. 이 방법은 지역해에 쉽게 수렴하는 간편한 최적화기 법보다 안정적으로 전역해를 탐색할 수 있다 제안된 해석기법의 적용성을 검토하기 위하여 예제해석이 수행되었다.

Keywords

References

  1. 김주용 (1998), 유한요소법을 이용한 사면안정해석, 박사학위논문, 건설 및 환경공학과, 한국과학기술원
  2. 박현일, 이승래 (2003), '장비하중을 받는 매립지 차수 사면 시스템 설계를 위한 유전자 알고리즘의 적용', 한국지반공학회논문집, 제19권, 제6호, pp. 1-8
  3. 박현일, 이승래, 정구영 (2003), '개별요소법을 사용한 매립지 사면 차수시스템의 안정성 평가', 한국지반공학회논문집, 제19권, 제2호, pp.87-95
  4. 박현일, 이승래 (2004a), '유동학적 모델 및 유전자 알고리즘에 근거한 쓰레기 매립지 침하 모델의 제안', 대한토목학회논문집, 제24권, 제2C호, pp. 135-145
  5. 박현일, 이승래 (2004b), '장비하중을 받는 매립지사면 차수 시스템의 안정성 평가', 대한토목학회논문집, 제23권, 제6C호, pp.365-372
  6. 신방웅, 백승철, 김홍택, 황정순 (2002), '유전자알고리즘을 이용한 사면안정해석', 한국지반공학회논문집, 제18권, 제6호, pp.117-127
  7. 양영순, 김기화 (1995), '실수형 Genetic Algorithm에 의한 최적 설계', 전산구조공학회, 제8권, pp.123-132
  8. 황재안, 이상덕, 전동각, 구자갑 (1993), '사면안정해석에 대한 Constrained Simplex Method 적용', 대한토목학회 논문집, pp. 209-215
  9. Back, T. and Hoffmeister, F. (1991). Extended Selection Mechanisms in Genetic Algorithms, 4th Int. Conf. of Genetic Algorithm, San Mateo, California, USA, pp.92-99
  10. Bardet, J.P. and Kapuskar, M.M. (1989), 'A Simplex Analysis of Slope Stability', Computers and Geotechnics, 8, pp.328-348
  11. Bishop, A.W. (1955), 'The Use of the Slip Circle in the Stability Analysis of Slopes', Geotechnique, Vol.10, No.1, pp.7-17
  12. Chen, Z.Y. and Shao, C.M. (1988), 'Evaluation of Minimum Factor of Safety in Slope Stability Analysis', Canadian Geotechnical Journal, 25, pp.735-748 https://doi.org/10.1139/t88-084
  13. Cundall, P.A. (1971), 'A Computer Model for Simulating Progressive, Large-scale Movements in Block Rock Systems', Proc. Int. Symp. On Rock Fracture, Nancy, France, Vol.1, pp.8-17
  14. Fellenius, W. (1936), 'Calculation of the Stability of Earth Dams', Proceedings, of the Second Congress on Large Dams, 4, pp. 445-463
  15. GEO-SLOPE. SLOPE/W (1994) GEO-SLOPE International Ltd., Calgary, Alberta, Canada
  16. Goldberg, D.E. (1989), Genetic Algorithms in Search, Optimization, and Machine Learning, New York: Addison-Wesley
  17. Holland, J. J. (1975), Adaptation in Natural and Artificial Systems, The University of Michigan Press
  18. Huang, S.L. and Yamasaki, K. (1993), 'Slope Analysis Using Local Minimum Factor of Safety Approach', ASCE. J. Geotechnical Engineering, Vol.119, No.12, pp.1974-1987 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9410(1993)119:12(1974)
  19. Janbu, N., Bjerrum, L., and Kjaernsli, B. (1956), Stabilitetsberegning for fyllinger skjaeringer og naturlige skraninger, Norwegian Geotechnical Publication No.16, Oslo, Norway
  20. Malkawi, A.I.H., Hassan, W.F., Sarma, S.K. (2001), 'Global Search Method for Locating General Slip Surface Using Monte Carlo Technique', ASCE. J. of Geotechnical and Geoenvirmental Engineering, Vol.127, No.8, pp.688-698 https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2001)127:8(688)
  21. McCombie, P. and Wilkinson, P. (2002), 'The Use of the Simple Genetic Algorithm in Finding the Critical Factor of Safety in Slope Stability Analysis', Computers and Geotechnics, 29, pp.699-714 https://doi.org/10.1016/S0266-352X(02)00027-7
  22. Morgenstern, N.R. and Price, V.E. (1965), 'The Analysis of the Stability of General Slip Surfaces', Geotechnique, 15, pp.70-93
  23. Nguyen, V.U. (1985), 'Determination of Critical Slope Failure Surface', ASCE. J. Geotechnical Engineering, 111, pp.238-251 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9410(1985)111:2(238)
  24. Spencer, E. (1967), 'A Method of Analysis of the Stability of Embankments Assuming Parallel Inter-slice Forces', Geotechnique, 17, pp.11-26 https://doi.org/10.1680/geot.1967.17.1.11