In this study, artificial neural network (ANN) and multiple regression (MR) models were developed to predict the critical factor of safety ($F_s$) of the homogeneous finite slopes subjected to earthquake forces. To achieve this, the values of $F_s$ in 5184 nos. of homogeneous finite slopes having different slope, soil and earthquake parameters were calculated by using the Simplified Bishop method and the minimum (critical) $F_s$ for each of the case was determined and used in the development of the ANN and MR models. The results obtained from both the models were compared with those obtained from the calculations. It is found that the ANN model exhibits more reliable predictions than the MR model. Moreover, several performance indices such as the determination coefficient, variance account for, mean absolute error, root mean square error, and the scaled percent error were computed. Also, the receiver operating curves were drawn, and the areas under the curves (AUC) were calculated to assess the prediction capacity of the ANN and MR models developed. The performance level attained in the ANN model shows that the ANN model developed can be used for predicting the critical $F_s$ of the homogeneous finite slopes subjected to earthquake forces.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2003.03a
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pp.513-520
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2003
A numerical comparison or predictions by limit equilibrium analysis and 3n analysis is presented for slope/pile system. Special attention is given to the coupled analysis based on the explicit-finite-difference code, FLAC. To this end, an internal routine (FISH) was developed to calculate a factor of safety for a pile-reinforced slope according to shear strength reduction technique. The case of coupled analyses was performed for stabilizing piles in slope in which the pile response and slope stability are considered simultaneously and subsequently the factors of safety are compared to uncoupled analysis (limit equilibrium analysis) solution for a homogeneous slope. Based on a limited parametric study, it is shown that in the free-head condition the factor of safety in slope is more conservative for a coupled analysis than for an uncoupled analysis and a definitely larger value represents when piles are installed in the middle of the slopes and are restrained in the pile head.
In this study, the upper bound theory is applied to a reinforced slope to develop an limit state analysis method. As processing of this upper bound theory in formulating finite element, the basic idea of numerical method can be obtained from a macroscopic point of view with an anisotropic homogeneous material. The reinforced soil strength reliability depends on properties of reinforcements which consist of the interaction of interfaces between back fill and reinforcements. Both soil's mechanical property and overall behaviour of reinforced soil can be controlled via arranging geometry and relative proportions of reinforced soil. Therefore, the upper bound theory can not only predict the particular limit state action of reinforced soil slope but also is efficiently able to estimate the local plastic failure.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.38
no.5
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pp.125-139
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1996
This study was performed to provide the design method for soil structure which guarantees proper safety with uncertainty of soil parameters. For this purpose, the effect of uncertainty of soil parameters for slope stability was analyzed by Bishop's simplified method and Monte Carlo simulation(MC). And reliability analysis program, RESFEM, was developed by combining elastic theory, MC, FEM, SFEM, and reliability, which can consider uncertainty of soil parameters. For factor of safety(FS) 1.0 and 1.2 by Bishop's simplified method, the probability of failure(Pf) was analyzed with varying coefficient of variation(c.o.v.) of soil parameters. The Pf increased as c.o.v. of soil parameters increased. This implies that FS is not the absolute index of slope safety, and even if FS is same, it has different Pf according to c.o.v. of soil parameters. The RESFEM was able to express the Pf at each element in slope quantitatively according to uncertainty of soil parameters. The variation of Pf with uncertainty of soil parameters was analyzed by RESFEM, and it was shown that the Pf increased as the c.o.v. of soil parameters increased.
In this study, a slope stability chart for assessing stability of homogeneous simple soil slopes is proposed. Most existing slope stability charts are based on limit equilibrium method, which is not rigorous in mechanical standpoint. Meanwhile, limit analysis based on the principle of virtual work and the bound theorems of plasticity is suitable for evaluating the stability of geotechnical structures such as slope due to its simplicity in computation and mechanical rigor. Numerical limit analysis taking advantage of finite elements and linear programming can consider various slope conditions and, in addition, find the optimum stability solution with effeciency. In this study, a numerical limit analysis program in terms of effective stress is developed and a mechanically rigorous slope stability chart is proposed by performing stability analyses for various slope conditions. Pore pressure ratio, commonly used in stability charts, is applied to consider the effects of pore pressure for effective stress analysis. As a result of comparison between proposed stability chart and Spencer's stability chart, it was found that Spencer's chart solutions are biased to lower bound which means conservative in design.
The present study deals with an approximate integral equation approach to finite deflection of elastic plates with arbitrary plane form. An integral formulation leads to a system of boundary integral equations involving values of deflection, slope, bending moment and transverse shear force along the edge. The basic principles of the development of boundary element technique are reviewed. A computer program for solving for stresses and deflections in a isotropic, homogeneous, linear and elastic bending plate is developed. The fundamental solution of deflection and moment is employed in this program. The deflections and moments are assumed constant within the quadrilateral element. Numerical solutions for sample problems, obtained by the direct boundary element method, are presented and results are compared with known solutions.
In this study, rainfall-induced slope stability and coupling effect are investigated using hydro-mechanical finite element model. This model is developed by formulating constitutive and coupled balance equations and is verified by comparing the numerical results with field matric suction. The homogeneous soil layer (soil column) and soil slope are modeled by this model, and the results of variation in matric suction, mean effective stress, porosity, displacement, factor of safety are compared with those of staggered analysis. It is found that the vertical and horizontal displacement from coupling analysis considering change in porosity is larger than that of staggered analysis. The displacement and matric suction from coupling analysis by rainfall infiltration can affect slope instability, which shows a progressive failure behavior. The lowest factor of safety is observed under short-term rainfall. This results confirm the fact that coupling analysis is needed to design soil slope under severe rain condition.
Slice method is commonly used in solving slope stability problems since it is easy to use and its computation time is rather short. But depending upon the assumptions on the inter-slice forces, different methods are available. Quite often the difference between methods are so big that it is very difficult to make engineering decisions. This paper describes a method to calculate the factor of safety of a slope using FLAC, a finite difference based program. A FISH routine is developed to calculate the factor of safety, and verified by comparing with Chen's limit equilibrium solution. An example problem was selected from Fredlund and Krhan's paper, and results were compared for different soil and water conditions. The difference was less than 0.01 when the soil is homogeneous, and less than 5 % when a weak layer is embedded. Since most geotechnical application programs are capable of considering complicated ground conditions as well as the effect of ground supports, numerical methods are believed to be very useful in making engineering decisions. The developed routine can be applied to the calculation of the factor of safety of jointed rock slopes or weathered rock slopes where the use of slice method is limited.
This paper evaluates the effect of anisotropic conductivity on the seepage face and reliability index of an homogeneous dam with and without toe drain. The analysis are conducted under steady state saturated-unsaturated seepage condition using finite element method. Various anisotropic conductivity ratios were interpreted under such conditions as the vertical conductivity is reduced while the horizon conductivity is fixed. The shear strength of soil is defined by the modified Mohr-Coulomb failure criterion. The analysis results demonstrate that the length of seepage face and reliability index at the downstream and upstream of the dam increase with an increasing anisotropic ratio. These results of the seepage face and reliability index, however, depend on the total head difference between the upstream slope and downstream toe. The difference in seepage face and reliability index is attributed to the different equipotential head with different anisotropic ratios of the dam material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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