以粒子群演算法分析邊坡臨界滑動面

Finding Critical Failure Surface Using Particle Swarm Optimization

溫仁志(Jen-Chih Wen)

指導教授 ： 陳偉堯

國立臺北科技大學/工程學院/土木與防災研究所/碩士(2010年)

https://doi.org/10.6841/NTUT.2010.00211

摘要

山坡地不當的濫墾與開發容易造成土壤結構的破壞，面臨豪雨或是颱風侵襲，都有可能造成邊坡滑動的情形，對於邊坡滑動之問題，土木工程領域大多使用極限平衡法(Limit Equilibrium Method, LEM)來演算安全因數，因為概念簡單、程式發展較完善且運算時間短，但程式分析時大多預先假設可能滑動面為圓弧形不見得符合地質因素，有鑑於此，本研究利用粒子群演算法(Particle Swarm Optimization Algorithm)優化的概念與邊坡穩定分析法結合，開發一套能夠提供使用者輸入邊坡參數的視窗化程式介面，程式能由PSO演算法適應函數的篩選將不合理滑動面排除並且利用修復機制修復，進行以非圓弧滑動面的搜尋方式來求取邊坡的臨界滑動面(critical failure surface)與安全因數，透過文獻案例探討比較，本研究利用統計測試的方法歸納出搜尋效果最佳的PSO參數組合，得出案例中的最小安全因數與所對應的臨界滑動面，並與美國普渡大學所開發的STABL程式分析結果比較，發現搜尋的結果優於以圓弧滑動面搜尋的STABL程式，得到了更小的安全因數，表示利用PSO演算法的確搜尋出比圓弧滑動面更有可能發生滑動的破壞面，因此對於邊坡穩定評估上有更保守與準確的分析，往後可供工程界參考使用。

關鍵字

邊坡穩定 ； 安全因數 ； 極限平衡法 ； 粒子群優化演算法

並列摘要

Due to over-development and soil structure damages in the mountain areas, landslides happen frequently during torrential rainfall seasons. Limit Equilibrium Method (LEM) is a frequently used method for landslide studies in the field of civil engineering because of its maturity and simple concept. While analyzing by LEM methods, circular slip surface is suggested beforehand. However, according to the effect of geographical conditions, slip surface may not be circular. This study combines PSO notion and slope stability method to produce a Window Form program which allows users to input slope parameters. The program is able to eliminate unreasonable slip surface and recover it by using PSO method. It provides possibility to get critical failure surface by using non-circular slip surface searching. This study finds out the best PSO parameters values and critical failure surface of minimum safety factor by statistical tests. By comparing with the STABL program which was developed by Purdue University, smaller safety factor is acquired in this study. It indicates that PSO provides possibility to estimate slope stability with higher accuracy than STABL program as reference information for engineering.

並列關鍵字

Slope Stability ； Factor of Safety ； STABL ； Limit Equilibrium Method ； Particle Swarm Optimization Algorithm

參考文獻

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