岩体结构面产状的自组织聚类分析.pdfVIP

第28卷 第3期 长 江 科 学 院 院 报 V01．28 No．3 2011年 3月 JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitute Mar． 2 0 l 1 文章编号：1001—5485(2011)03—0050—04 岩体结构面产状的自组织聚类分析 邓继辉 ，陈柏林 ，吴小宁 ，谢贵华 (1．中煤国际工程集团重庆设计研究院，重庆 400016；2．重庆地质矿产研究院，重庆 400016； 3．机械工业第三设计研究院，重庆 400016) 摘要：为了给出客观准确的岩体结构面优势产状，用 ISODATA(自组织聚类)算法，采用最小球面距离原则进行分 类，将重心向量单位化后作为新的聚类中心，并以类内最大分量标准偏差控制分裂，聚类中心的球面距离控制合 并，利用计算机进行编程实现。将此方法应用于湛江水封洞库岩体结构面产状的分析中，通过3组收敛精度依次 增加的参数 ，得出了内聚性越来越高、类间距离越来越小的优势结构面产状，及聚类组数和每组样本数的客观准确 结果。研究成果为判别结构面空间发育状况提供方便，弥补了传统图形分析方法不能进行精确划分的不足和以往 分析方法不变的聚类组数及原理过程复杂的缺点。 关 键 词：自组织聚类；岩体；优势结构面；产状；地下洞库 中图分类号：P642 文献标识码：A 式中：i，卢分别为第 i个结构面的倾向和倾角。 1 概 述 优势结构面产状的确定是岩体稳定性分析中极 为重要的环节。传统结构面产状分析方法通常是玫 瑰花图、极点图、等密度图等，但只是相对的优势组 数划分，无法进行精确的划分，结果受人的主观性影 响较大，不便于实际使用。文献[1]和文献 [2]提出 的综合性聚类及文献 [3]提出的反算法，虽然能得 出符合实际的结果，但原理过程复杂；文献 [4]提出 的动态聚类，原理简单，但组数受经验影响较大，结 图1 结构面产状空间构成简图 果易受个别孤立数据的影响，不利于实际应用。本 Fig．1 Diagram ofspatialcompositionof 文采用改进的自组织聚类算法，构造空间直角坐标 textureplaneoccurrence 系，以结构面的单位法向量表示其产状，采用最小球 面距离原则进行分类，将重心向量单位化后作为新 3 ISODATA算法的改进 的聚类中心，以类 内最大分量标准偏差控制分裂，聚 类中心的球面距离控制合并，并使用计算机进行编 3．1 改进的ISODATA基本原理 程实现。 为了合理简便地分析岩体结构面产状，在已有 ISODATA算法_5的基础上，本文采用如下改进的 2 结构面产状空间构成 ISODATA算法：首先按照一定的规则选择若干样本 作为初始聚类中心，再按照最小距离准则对其余样 为了更方便地进行分析和计算，构建空间直角 本进行分类，从而得到初始聚类集并更新聚类中心， 坐标系xyz，轴指向北为正，Y轴指向东为正，轴指 并进行参数判断，当迭代次数达到允许迭代次数 则 向上为正，将结构面产状用其单位法 向量来表 示 (图1)，即 结束；否则，当类 内最大分量标准偏差 大于标 置 =( ，Y，)= (COSOtsi ，sint~si ，co )，