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        巖體質(zhì)量分類的DDA模型及應(yīng)用

        2011-11-16 03:38:30笛,陳忠,鄧
        采礦技術(shù) 2011年4期
        關(guān)鍵詞:訓(xùn)練樣本節(jié)理巖體

        李 笛,陳 忠,鄧 彤

        (1.云南力合礦山工程設(shè)計(jì)有限公司, 云南昆明 650093;2.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院, 云南昆明 650093)

        巖體質(zhì)量分類的DDA模型及應(yīng)用

        李 笛1,陳 忠2,鄧 彤1

        (1.云南力合礦山工程設(shè)計(jì)有限公司, 云南昆明 650093;2.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院, 云南昆明 650093)

        將距離判別分析法(DDA)應(yīng)用于巖體質(zhì)量等級(jí)判別與分類中,選取影響巖體質(zhì)量分類的主要因素作為判別因子,建立了巖體質(zhì)量分類評(píng)判的距離判別模型。以實(shí)測(cè)樣本作為訓(xùn)練樣本,建立相應(yīng)線性判別函數(shù)對(duì)待判樣本進(jìn)行分類。研究結(jié)果表明,距離判別分析模型是巖體質(zhì)量分類的一種有效方法,可以在實(shí)際工程中應(yīng)用。

        巖體質(zhì)量;分類;距離判別分析

        0 引言

        地下巖體工程的施工,必須確定巖體的穩(wěn)定性,而判別巖體是否穩(wěn)定必須要對(duì)周圍的巖體進(jìn)行分類[1]。目前常用的巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法有以RMR方法和Q分類體系為代表的回歸分析法以及模糊數(shù)學(xué)方法、灰色理論方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、物元層次分析法、支持向量機(jī)、物元可拓方法和可拓模糊評(píng)價(jià)方法等[2~12]。

        本文借鑒馬氏距離判別分析法,選取影響圍巖分類的主要因素作為判別因子,建立馬氏距離判別分析模型。然后利用學(xué)習(xí)樣本構(gòu)建線性判別函數(shù),對(duì)巖體質(zhì)量進(jìn)行分級(jí),分級(jí)結(jié)果取得了良好的效果,為巖體質(zhì)量分類研究提供了一條新思路。

        1 距離判別分析理論

        1.1 多個(gè)總體的距離判別準(zhǔn)則[13,14]

        設(shè)有 g個(gè) p維總體 G1,G2,…,Gg,均值向量分別為 μ1,μ2,…,μg,協(xié)方差矩陣分別為∑1,∑2,…,∑g。類似兩總體的距離判別方法,計(jì)算樣本X到總體的距離。定義馬氏距離樣本X與總體G的馬氏距離為:

        由(1)可知X到Gj和Gi的馬氏距離的平方差為:

        則X到Gi的距離最小等價(jià)于對(duì)所有的j≠i,有Wij(x)>0,從而判別的標(biāo)準(zhǔn)為:

        X∈Gi,若對(duì)一切

        則 μ1,μ2,…,μg和∑未知時(shí),可利用總體的訓(xùn)練樣本對(duì)其進(jìn)行估計(jì)、設(shè)為來(lái)自總體Gk的訓(xùn)練樣本(k=1,2,…,g),令:

        利用Sk對(duì)∑的聯(lián)合估計(jì)為:

        則判別準(zhǔn)則為:

        X∈Gi,若對(duì)一切 j≠i,Wij(x) >0

        1.2 判別準(zhǔn)則的評(píng)價(jià)

        為驗(yàn)證判別預(yù)測(cè)準(zhǔn)則的優(yōu)良性[14],訓(xùn)練樣本構(gòu)建的模型,然后對(duì)學(xué)習(xí)樣本進(jìn)行回代,以誤判率η為閥值來(lái)考察評(píng)判的優(yōu)良性。

        2 巖體質(zhì)量分級(jí)的距離判別分析模型

        2.1 判別參數(shù)的選取

        參考相關(guān)文獻(xiàn),結(jié)合實(shí)際情況,本文選取單軸抗壓強(qiáng)度R(x1)、體積節(jié)理數(shù)Jv(x2)、節(jié)理面風(fēng)化變異系數(shù)Ja(x3)、巖體聲波縱波速度Vp(x4)、透水性系數(shù)Wk(x5)、節(jié)理面粗糙度系數(shù)Jr(x6)作為巖體質(zhì)量分類的判別影響因子,建立線性判別模型。

        2.2 距離判別分析模型的建立

        以文獻(xiàn)[15]中工程樣本為例,選取其中的19個(gè)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí),其余6個(gè)樣本數(shù)據(jù)作為待判樣本檢驗(yàn),具體見(jiàn)表1。根據(jù)實(shí)際情況,將巖體質(zhì)量分為3類,其判別函數(shù)如下:

        W1,2=-13.8721x6-0.8589x5+0.0020303x4-0.006348x3-0.22109x2-0.12638x1+26.1118

        W1,3=-18.93x6-11.09x5+0.007618x4+0.051598x3-0.24468x2-0.13602x1+29.4125

        W2,3=-5.059x6-10.2322x5+0.005588x4+0.057946x3-0.023589x2-0.0096378x1+3.3008

        將19個(gè)巖體質(zhì)量樣本作為訓(xùn)練樣本,其余的6個(gè)樣本作為學(xué)習(xí)樣本進(jìn)行訓(xùn)練,然后進(jìn)行回代?;卮Y(jié)果見(jiàn)表1。只有樣本13被誤判,誤判率η=1/25=0.04。由此可見(jiàn),距離判別分析模型用于巖體質(zhì)量分類是高效、可行的。

        表1 DDA分類結(jié)果

        3 結(jié)論

        巖體質(zhì)量的分類受到眾多因素的影響,本文主要考慮影響巖體質(zhì)量的物理力學(xué)參數(shù),選取單軸抗壓強(qiáng)度、體積節(jié)理數(shù)、節(jié)理面風(fēng)化變異系數(shù)、巖體聲波縱波速度、透水性系數(shù)、節(jié)理面粗糙度系數(shù)6個(gè)影響因素作為巖體質(zhì)量分類的判別影響因子,以此構(gòu)建巖體質(zhì)量分類模型。將所建立的分類模型應(yīng)用到工程實(shí)例,取得了滿意的效果,說(shuō)明該模型具有較強(qiáng)的判別能力,可應(yīng)用于巖體質(zhì)量分類。

        [1] 馮夏庭,林韻梅.巖石力學(xué)與工程專家系統(tǒng)[M].沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1992.

        [2] 陳守煜.模糊最優(yōu)歸類理論模型及其在圍巖穩(wěn)定性分類與場(chǎng)地土類別評(píng)定中的應(yīng)用[J].水利學(xué)報(bào),1993,(12):26-36.

        [3] 費(fèi)為進(jìn),經(jīng)蘇龍.多級(jí)模糊分級(jí)聚類法在地下工程圍巖穩(wěn)定性分類中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù),2002,(1):20-24.

        [4] 邵中勇,馮德順.公路隧洞圍巖穩(wěn)定性模糊評(píng)判方法[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版),2004,28(5):771-774.

        [5] 韓桂武,劉 斌,范 鶴.模糊擇近原則在隧洞圍巖分類中的應(yīng)用[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,27(7):819-822.

        [6] 馮玉國(guó).灰色優(yōu)化理論模型在地下正程圍巖穩(wěn)定性分類中的應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報(bào),1996,18(3):62-66.

        [7] 王 彪,陳劍平,李鐘旭,等.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在巖體質(zhì)量分類中的應(yīng)用[J].世界地質(zhì),2004,23(1):64-68.

        [8] 周翠英,張亮,黃照藝.基于改進(jìn)BP網(wǎng)絡(luò)算法的隧洞圍巖分類[J].地球科學(xué)一中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),2005,30(4):480-486.

        [9] 朱曉寧,正惠勇.洞室圍巖開(kāi)挖穩(wěn)定性等級(jí)綜合評(píng)判實(shí)用方法研究[J].中南公路工程,2005,30(2):48-51.

        [10] 趙洪波,馮夏庭,尹順德.基于支持向量機(jī)的巖體工程分級(jí)[J].巖土力學(xué),2002,23(6):698-701.

        [11] 原國(guó)紅,陳劍平,馬 琳.可拓評(píng)判方法在巖體質(zhì)量分類中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005,24(9):1539-1544.

        [12] 王彥武.地下采礦工程巖體質(zhì)量可拓模糊評(píng)價(jià)方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2002,21(1):18-22.

        [13] 高惠璇.應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析[M].北京:北京大學(xué)出版社,2005.

        [14] 范金城,梅長(zhǎng)林.數(shù)據(jù)分析[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

        [15] 王 彪,陳劍平,李鐘旭,等.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在巖體質(zhì)量分類中的應(yīng)用[J].世界地質(zhì),2004,23(1):64-68.

        2011-02-22)

        李 迪(1971-),男,工程師,主要從事采礦方面生產(chǎn)和管理工作,Email:lidi71@163.com。

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