基于模糊聚类的岩体结构面动态聚类方法研究
- 格式：pdf
- 大小：315.14 KB
- 文档页数：5
收 稿 日期 ：０ ２—０１—０ ２１ ９
般用倾 向 和倾 角 口表 示 ， 因此 对结 构 面建 立 如下 坐 标系 ： 以正 东 向（ ）为 轴 的正方 向 ， Ｅ 以正北 向（ 为 Ｎ） Ｙ轴 的正方 向 ， 以正上 为 ｚ轴正 方 向 ， 则其 单 位 法 向量 （， ｎ ｚｍ， ）可 通过下 式计 算 。
岩体 的变 形 、 坏特 征及 岩体质 量 等 破
。因此 ， 岩 对
体结 构 面的发 育特 征进行 分析 是岩 体工 程设计 及研 究 的基 础 ， 其重 要 内容 就 是 对 岩体 结 构 面 产状 数 据 的分
析。
各组 样本 的相 似程 度较低 而 出现单 样本组 或少 量样 本
组 。针对 以上 方法 的不 足 ， 文提 出 了一 种基 于 模 糊 本 聚类 的结 构 面产状 动 态 聚类 方 法 ， 据模 糊 聚类 分析 根
基 金项 目 ： 家 自然 科 学基 金 项 目（ ０ ７ １ ５ 国 ４ ９ ２９ ）
作者简介 ： 宋金 龙 ， ， 士 研 究 生 ， 要 从 事 岩 体 稳 定 及 环 境 地 质 工 程 方 面的 研 究 工作 。Ｅ— ｉ：ｏｉ ｓｎ＠ １３ ｔｍ 男 硕 主 ｍａ ｂｒ —ｏｇ ６ ．ｏ ｌ ｓ
法 ¨ 、 聚类法 、 次聚类 法等 。 谱 层 Ｍａｑ ｅ ｎ于 １６ ｃｕ ｅ ９ ７年 提 出 了 Ｋ—ｍ ａｓ动 态 聚 类 ｅｎ
、 人工 神 经 网络
算 法 ¨ 该 法 为基 于 距 离 的 聚类 算 法 ， 用 样 本 间 的 ， 采 距 离作 为评 价指标 ， 用 对 目标 函数 迭 代 求极 值 的方 利 法 计算 。算 法原 理简单 ， 具有 相对 可伸缩 性 ， 且时 间复 杂度低 。但 此算 法必 须 事 先指 定 分 组 数 ， 对初 始 聚 且
第４ ３卷 第 ９期 ２０ １２年 ５ 月 文章 编 号 ：０ １ ４ ７ （ ０ ２ ０ ０ ５ ０ １ ０ — １ ９ ２ １ ） ９— ０ ９— ５
人 民 长 江
Ｙａ ｔ ｅ Ｒｉ ｅ ｎｇ ｚ ｖｒ
Ｖｏ ． １ ４３， Ｎｏ． ９
Ｍａ ｙ，
２０１ ２
摘 要 ： 对 传 统 的 岩 体 结 构 面 分 组 方 法 的 缺 点 ， 出 了基 于模 糊 聚 类 的 结 构 面动 态 聚 类 方 法 。 首 先 以模 糊 聚 针 提
类 法对 结 构 面样 本 进 行 分 组 ， 到优 势 分 组及 各 组优 势产 状 ， 将 其 作 为 动 态 聚 类 法 的 初 始 划 分 ； 采 用动 态 得 并 再
的结 果 ， 判断结 构 面 的优 势组 数 及 对 应 的各 组 优 势产
状， 以此 作为 Ｋ—ｍ ａ ｓ算 法 的 初 始值 作 进 一 步 优 化 ｅｎ 分 组 ， 而可 以结 合两种 算法 的优点 ， 高结 构面分 组 从 提
结 果 的客观性 及合 理性 ， 而且 该算法 效率 较高 ， 于工 便
关 键 词 ： 体 ；结 构 面 ；模 糊 聚 类 ；动 态 聚 类 岩
中 图 法 分类 号 ：Ｐ ４ ６２
文献标志码 ： Ａ
岩体 是 由岩石及 分布 于岩 石 中的结构 面组成 的地 质体 。结 构面 在空 间的分 布状 态与组 合形 式构 成 了岩
体 的结构 ， 它决 定着 岩体 工程地 质特 征和 力学性 质 ａ ｉ ｉ ｌ ｆ
１ ２ Ｋ—ｍｅｎ 动 态 聚 类 分析 ． ａｓ
程 应用 。
１ 结构 面产状动态聚类分析
１ １ 结构 面 产 状 的数 学 描 述 ．
假定 结 构面 为一 空 间平 面 ， 空 间 方 位 可通 过 其 其 单 位法 向量来 表示 。在 实 际测 量 时 ， 构 面 的产 状 一 结
之 后 国 内外学 者采 用 了多种 不 同的方法 对结 构面 分组 进行 进一 步 的研究 ， 如模 糊聚类 法
心较 为敏感 ， 收 敛 于局 部 极 小 点 。而模 糊 聚 类算 法 易 依据 样本 数 据 间 的相 似 程 度 对 样 本 数 据 进 行 分 组 划 分 ， 以客观地 反 映样本数 据 的分布 情况 ， 可 但其 分组数
无法 人 为控制 ， 且分 组 结 果有 可能 因部分 样 本 与 其他
聚 类 法 对 结 构 面样 本 进 行 更进 一 步 的聚 类分 析 。该 法 克 服 了动 态聚 类 算 法 对 初 始 聚 心敏 感 及 易 收 敛 于 局 部
极 小值 的缺 点 ， 高 了分 组 结 果 和 优 势 产 状 的 客 观 性 及 准 确 性 。 将 算 法 应 用 于 野 外 实测 岩 体 结 构 面 产状 数 据 提 分 析 中 ， 到 的 聚 类 结 果 合 理 、 靠 ， 合 实际 情 况 。 得 可 符
结构 面分 组一 般采 用 玫 瑰 花 图 、 点 图或 等 密 度 极 图进 行分 析 。采用 这种 分析方 法可 以对 结构 面产状 的 分 布情 况做 出直观 判 断 ， 其分 组 结 果 受 经验 因素 影 但 响较大 ， 尤其 当结 构面产 状分 布较 为离散 、 各组 边 界不
明显 时 ， 组 结 果 更 缺 乏 客 观 性 。为 解 决 此 问 题 ， 分 Ｓ ａ ｌｙ １ ７ ｈ ｎｅ 于 ９ ６年 提 出 了结 构 面 产状 的 聚类 算 法 ｊ ，
基 于 模 糊聚 类 的岩 体 结 构 面 动 态 聚 类 方法 研 究
宋 金 龙 刘 云 鹏 ， 军 新 ， 张
（． １ 成都 理 Ｓ 大 学 环 境 与 土木 工程 学 院 ， － 四川 成 都 ６ ０５ ； ２ 中 国建 筑西 南勘 察 设 计 研 究 院有 限公 司 ， １０ ９ ． 四川 成 都 ６ ０ ８ ） １０ １
般用倾 向 和倾 角 口表 示 ， 因此 对结 构 面建 立 如下 坐 标系 ： 以正 东 向（ ）为 轴 的正方 向 ， Ｅ 以正北 向（ 为 Ｎ） Ｙ轴 的正方 向 ， 以正上 为 ｚ轴正 方 向 ， 则其 单 位 法 向量 （， ｎ ｚｍ， ）可 通过下 式计 算 。
岩体 的变 形 、 坏特 征及 岩体质 量 等 破
。因此 ， 岩 对
体结 构 面的发 育特 征进行 分析 是岩 体工 程设计 及研 究 的基 础 ， 其重 要 内容 就 是 对 岩体 结 构 面 产状 数 据 的分
析。
各组 样本 的相 似程 度较低 而 出现单 样本组 或少 量样 本
组 。针对 以上 方法 的不 足 ， 文提 出 了一 种基 于 模 糊 本 聚类 的结 构 面产状 动 态 聚类 方 法 ， 据模 糊 聚类 分析 根
基 金项 目 ： 家 自然 科 学基 金 项 目（ ０ ７ １ ５ 国 ４ ９ ２９ ）
作者简介 ： 宋金 龙 ， ， 士 研 究 生 ， 要 从 事 岩 体 稳 定 及 环 境 地 质 工 程 方 面的 研 究 工作 。Ｅ— ｉ：ｏｉ ｓｎ＠ １３ ｔｍ 男 硕 主 ｍａ ｂｒ —ｏｇ ６ ．ｏ ｌ ｓ
法 ¨ 、 聚类法 、 次聚类 法等 。 谱 层 Ｍａｑ ｅ ｎ于 １６ ｃｕ ｅ ９ ７年 提 出 了 Ｋ—ｍ ａｓ动 态 聚 类 ｅｎ
、 人工 神 经 网络
算 法 ¨ 该 法 为基 于 距 离 的 聚类 算 法 ， 用 样 本 间 的 ， 采 距 离作 为评 价指标 ， 用 对 目标 函数 迭 代 求极 值 的方 利 法 计算 。算 法原 理简单 ， 具有 相对 可伸缩 性 ， 且时 间复 杂度低 。但 此算 法必 须 事 先指 定 分 组 数 ， 对初 始 聚 且
第４ ３卷 第 ９期 ２０ １２年 ５ 月 文章 编 号 ：０ １ ４ ７ （ ０ ２ ０ ０ ５ ０ １ ０ — １ ９ ２ １ ） ９— ０ ９— ５
人 民 长 江
Ｙａ ｔ ｅ Ｒｉ ｅ ｎｇ ｚ ｖｒ
Ｖｏ ． １ ４３， Ｎｏ． ９
Ｍａ ｙ，
２０１ ２
摘 要 ： 对 传 统 的 岩 体 结 构 面 分 组 方 法 的 缺 点 ， 出 了基 于模 糊 聚 类 的 结 构 面动 态 聚 类 方 法 。 首 先 以模 糊 聚 针 提
类 法对 结 构 面样 本 进 行 分 组 ， 到优 势 分 组及 各 组优 势产 状 ， 将 其 作 为 动 态 聚 类 法 的 初 始 划 分 ； 采 用动 态 得 并 再
的结 果 ， 判断结 构 面 的优 势组 数 及 对 应 的各 组 优 势产
状， 以此 作为 Ｋ—ｍ ａ ｓ算 法 的 初 始值 作 进 一 步 优 化 ｅｎ 分 组 ， 而可 以结 合两种 算法 的优点 ， 高结 构面分 组 从 提
结 果 的客观性 及合 理性 ， 而且 该算法 效率 较高 ， 于工 便
关 键 词 ： 体 ；结 构 面 ；模 糊 聚 类 ；动 态 聚 类 岩
中 图 法 分类 号 ：Ｐ ４ ６２
文献标志码 ： Ａ
岩体 是 由岩石及 分布 于岩 石 中的结构 面组成 的地 质体 。结 构面 在空 间的分 布状 态与组 合形 式构 成 了岩
体 的结构 ， 它决 定着 岩体 工程地 质特 征和 力学性 质 ａ ｉ ｉ ｌ ｆ
１ ２ Ｋ—ｍｅｎ 动 态 聚 类 分析 ． ａｓ
程 应用 。
１ 结构 面产状动态聚类分析
１ １ 结构 面 产 状 的数 学 描 述 ．
假定 结 构面 为一 空 间平 面 ， 空 间 方 位 可通 过 其 其 单 位法 向量来 表示 。在 实 际测 量 时 ， 构 面 的产 状 一 结
之 后 国 内外学 者采 用 了多种 不 同的方法 对结 构面 分组 进行 进一 步 的研究 ， 如模 糊聚类 法
心较 为敏感 ， 收 敛 于局 部 极 小 点 。而模 糊 聚 类算 法 易 依据 样本 数 据 间 的相 似 程 度 对 样 本 数 据 进 行 分 组 划 分 ， 以客观地 反 映样本数 据 的分布 情况 ， 可 但其 分组数
无法 人 为控制 ， 且分 组 结 果有 可能 因部分 样 本 与 其他
聚 类 法 对 结 构 面样 本 进 行 更进 一 步 的聚 类分 析 。该 法 克 服 了动 态聚 类 算 法 对 初 始 聚 心敏 感 及 易 收 敛 于 局 部
极 小值 的缺 点 ， 高 了分 组 结 果 和 优 势 产 状 的 客 观 性 及 准 确 性 。 将 算 法 应 用 于 野 外 实测 岩 体 结 构 面 产状 数 据 提 分 析 中 ， 到 的 聚 类 结 果 合 理 、 靠 ， 合 实际 情 况 。 得 可 符
结构 面分 组一 般采 用 玫 瑰 花 图 、 点 图或 等 密 度 极 图进 行分 析 。采用 这种 分析方 法可 以对 结构 面产状 的 分 布情 况做 出直观 判 断 ， 其分 组 结 果 受 经验 因素 影 但 响较大 ， 尤其 当结 构面产 状分 布较 为离散 、 各组 边 界不
明显 时 ， 组 结 果 更 缺 乏 客 观 性 。为 解 决 此 问 题 ， 分 Ｓ ａ ｌｙ １ ７ ｈ ｎｅ 于 ９ ６年 提 出 了结 构 面 产状 的 聚类 算 法 ｊ ，
基 于 模 糊聚 类 的岩 体 结 构 面 动 态 聚 类 方法 研 究
宋 金 龙 刘 云 鹏 ， 军 新 ， 张
（． １ 成都 理 Ｓ 大 学 环 境 与 土木 工程 学 院 ， － 四川 成 都 ６ ０５ ； ２ 中 国建 筑西 南勘 察 设 计 研 究 院有 限公 司 ， １０ ９ ． 四川 成 都 ６ ０ ８ ） １０ １
