인공신경망 기반의 한계상태함수를 이용한 사면의 신뢰성해석

Reliability Analysis of Slopes Using ANN-based Limit-state Function

사면안정해석은 지반물성의 불확실성을 포함한 많은 불확실한 요인을 내포하는 지반공학적 문제이다. 본 연구에서는 상업용 유한차분해석 프로그램을 이용하여 확률론적 사면안정해석을 수행할 수 있는 절차를 제시하였다. 이 경우 한계상태함수가 명시적인 형태로 표현되지 않기 때문에 한계상태함수를 근사화하기 위하여 인공신경망기법을 활용한 응답면기법을 이용하였으며 파괴확률을 구하기 위해 일차 및 이차신뢰도법과 Monte Carlo simulation을 이용하였다. 제안된 절차의 적용성을 검토하기 위하여 2층 지반의 사면과 Sugar Creek제방사면에 대한 확률론적 사면안정해석을 수행하였다. 해석결과는 제안된 절차의 적정성과 다른 다양한 지반공학 문제로의 확장 적용의 가능성을 보여준다.

Slope stability analysis is a geotechnical engineering problem characterized by many sources of uncertainty. Some of them are connected to the uncertainties of soil properties involved in the analysis. In this paper, a numerical procedure for integrating commercial finite difference method into probabilistic analysis of slope stability is presented. Since the limit-state function cannot be expressed in an explicit form, the ANN-based response surface method is adopted to approximate the limit-state function and the first-, second-order reliability method and the Monte Carlo simulation technique are used to calculate the probability of failure. Probabilistic stability assessments for a hypothetical two-layer slope and the Sugar Creek embankment were performed to verify the application potential to the slope stability problems. The examples show the successful implementation and the possibility of the extension of the proposed procedure to the variety of geotechnical engineering problems.