Investigating the slope stability based on uncertainty by using fuzzy possibility theory

• Autorzy: Hosseini N. , Gholinejad M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amsc-2014-0013

Warianty tytułu

PL

Badanie stabilności skarpy w oparciu o analizę niepewności z wykorzystaniem teorii prawdopodobieństwa i logiki rozmytej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main purpose of this paper is to investigate the slope stability condition by using fuzzy estimation method based on fuzzy possibility theory. Due to use of this theory, the inaccuracy, ambiguity and uncertainty in input parameters are considered and therefore, the calculated factor of safety (FOS) is highly reliable. In this research, first, the input parameters of slope stability analysis, based on statistical characteristics and grade of membership concept, as a fuzzy numbers are defined. Then the performance function of slope behavior is defined and by using the fuzzy parameters, the FOS is calculated. In next step, by using the several α - cut, the calculated FOS is defined as a fuzzy form and subsequently, the slope stability condition based on fuzzy presentation of FOS is evaluated. The results show that, although based on deterministic analysis the studied slope is stable but based on fuzzy interpretation of FOS, the slope stability condition is scare. The fuzzy analysis of slope stability condition, by applying the uncertainty in calculating the FOS and defining the grade of membership for each unknown input parameters in model, a more realistic interpretation of slope stability condition is provided. In addition, the fuzzy presentation of the FOS, allowing more accurate judgments about slope stability condition.

PL

Celem pracy jest zbadanie warunku stabilności skarpy w oparciu o metody szacunkowe wykorzystujące elementy logiki rozmytej i teorii prawdopodobieństwa. Z uwagi na zastosowanie tych teorii w parametrach wejściowych uwzględniono niedokładność, niepewność i niejednoznaczność, dlatego też obliczone współczynniki bezpieczeństwa uznać można za wysoce wiarygodne. W pierwszym etapie pracy zdefiniowano parametry wejściowe do analizy stabilności skarpy w oparciu o charakterystyki statystyczne i przyjęte funkcje przynależności, i określone parametry rozmyte. Następnie zdefiniowano zachowanie zbocza skarpy w oparciu o parametry rozmyte i obliczono współczynnik bezpieczeństwa. W kolejnym kroku przy założeniu wielokrotnego wybierania przy założonym kącie α (α - cut), obliczono współczynnik bezpieczeństwa w formie rozmytej i zbadano warunek stabilności skarpy oparty na współczynniku bezpieczeństwa w formie rozmytej. Wyniki wskazują, że pomimo iż zbocze badane w oparciu o analizy deterministyczne wydaje się stabilne, to współczynnik bezpieczeństwa w ujęciu rozmytym sugeruje, że warunek stabilności zbocza będzie spełniony w niewielkim stopniu. Analiza warunku stabilności zbocza wykorzystujące elementy logiki rozmytej uwzględniająca zagadnienie niepewności przy obliczaniu współczynnika bezpieczeństwa i przy określaniu stopnia funkcji przynależności dla poszczególnych parametrów wejściowych modelu pozwala bardziej realistycznie określić warunek bezpieczeństwa. Ponadto, przedstawienie warunku bezpieczeństwa w postaci rozmytej pozwala na bardziej dokładną ocenę warunków stabilności.

Słowa kluczowe

EN

fuzzy possibility theory; uncertainty; factor of safety; slope stability

PL

teoria możliwości; niepewność; współczynnik bezpieczeństwa; nachylenie

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, no. 1
• Strony: 179--188
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Hosseini N.

• Mining Engineering Department, Islamic Azad University, South Tehran Branch

autor

Gholinejad M.

• Mining Engineering Department, Islamic Azad University, South Tehran Branch

Bibliografia

• Park H.J., Um J.-G., Woo I., Kimd J.W., 2012. Application of fuzzy set theory to evaluate the probability of failure in rock slopes. Engineering Geology, 125, 92-101.
• Zhian H., Guanjun Z., Yinghua Z., Yukun G., Yanfeng Z., 2012. Safety Evaluation on Slope of Saindak Open-pit Mine. Procedia Engineering, 43, 226-232.
• Oreste P., Soldano S., 2012. Static and dynamic analyses of the stability of mining wastes (Ravaneti) in the Carrara marble area (Apuan Alps, Italy), Arch. Min. Sci., Vol. 57, No 3, p. 667-686.
• Daftaribesheli A., Ataei M., Sereshki F., 2011. Assessment of rock slope stability using the Fuzzy Slope Mass Rating (FSMR) system. Applied Soft Computing, 11(8), 4465-4473.
• Saboya J.F., Alves M.D.G., Pinto W.D., 2006. Assessment of failure susceptibility of soil slopes using fuzzy logic, Engineering Geology, 86(4), 211-224.
• Zhang Z.-M., 2011. Achievements and problems of geotechnical engineering investigation in China, Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 12(2), 87-102.
• Das S., 2012. Performance of fuzzy logic-based slope tuning of neural equaliser for digital communication channel, Neural Computing and Applications, 21(3), 423-432.
• Pradhan B., 2010. Landslide susceptibility mapping of a catchment area using frequency ratio, fuzzy logic and multivariate logistic regression approaches. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 38(2), 301-320.
• Vujić S., Miljanović I., Kuzmanović M., Bartulović Z., Gajić G., Lazić P., 2011. The deterministic fuzzy linear approach in planning the production of mine system with several open pits. Arch. Min. Sci., Vol. 56, No 3, p. 489-497.
• Giasi C.I., Masi P., Cherubini C., 2003. Probabilistic and fuzzy reliability analysis of a sample slope near Aliano. Engineering Geology, 67(3-4), 391-402.
• Chenga M.-Y., Roy A.F.V., Chen K.L., 2012. Evolutionary risk preference inference model using fuzzy support vector machine for road slope collapse prediction, Expert Systems with Applications, 39(2), 1737-1746.
• Akgun A., Sezer E.A., Nefeslioglu H.A., Gokceoglu C., Pradhan B., 2012. An easy-to-use MATLAB program (Mam- Land) for the assessment of landslide susceptibility using a Mamdani fuzzy algorithm. Computers & Geosciences, 38(1), 23-34.
• Tian D., Zhuge Y., 2008. The Application of Fuzzy Evaluation on Determination of a Slope in a Dam Region, Geotechnical Engineering for Disaster Mitigation and Rehabilitation, 907-912.
• Binaghi E., Luzi L., Madella P., Pergalani F., Rampini A., 1998. Slope Instability Zonation: a Comparison Between Certainty Factor and Fuzzy Dempster-Shafer Approaches. Natural Hazards, 17(1), 77-97.
• Hosseini N., 2012. Large-Scale Slope Stability Analysis based on the Combination Study of Effective Parameters under Uncertainty Conditions. Research Report, Islamic Azad University, South Tehran Branch.
• Johari A., Fazeli A., Javadi A.A., 2013. An investigation into application of jointly distributed random variables method in reliability assessment of rock slope stability, Computers and Geotechnics, 47, 42-47.