高速公路隧道围岩压力与位移的聚类分析.pdf

高速公路隧道 围岩压力与位移的聚类分析 王丹微 ，庞大鹏2 (1．吉林建筑工程学院岩5：7-程教研室，长春 130021；2：东北电力设计院勘测公司，长春 130000) 摘 要：通过对某高速公路隧道监测断面围岩压力和位移监测资料的分析研究发现：隧道围岩接触压力、位移 及时间等监测值之间有着明显的相关t·~-；g／g]数据挖掘软件 SPSS对隧道围岩的压力与位移监测值进行了聚类分 析，可以找出二次衬砌施工的合理时机，提高隧道施工的安全性 ，从而达到指导隧道的设计与施工的目的。 关键词：隧道围岩；压力；位移；聚类分析；SPSS；二衬施做 中图分类号：U456 文献标识码：B 文章编号：1673—6052(2010)10—0058—04 1 引言 程经验，判断围岩支护结构是否安全、经济。这种方 隧道围岩的现场监控法是采用现代量测技术， 法需要丰富的工程经验，没有牢固的理论依据，可靠 一 边施工一边进行各种量测，将量测得到的信息反 度不高。因此，当前，非常有必要对量测的数据进行 馈到设计中。一般来说，从工程地质角度 ，现场量测 合理、快速、相对精确的分析与处理，从理论层面上 的数据主要包括隧道掌子面各处围岩的压力与位 指导隧道的设计与施工，保证隧道工程的安全。 移，而这些数据量往往很大，如何对监测得到的大量 2 隧道围岩量测数据分析方法 数据进行快速的处理和分析，及时反馈指导设计和 本文采用聚类分析的方法，对某高速公路隧道 施工成为了摆在我们面前的一个课题 。 围岩监控量测数据，即围岩压力、位移进行系统的分 由于隧道结构计算分析的复杂性，目前对隧道 析。现对聚类分析的理论方法做简要的介绍。 围岩量测数据的分析大部分都停留在感性、经验的 聚类分析是直接 比较各事物之间的性质，将性 层面上，或只是对其进行简单的统计分析。只有在 质相近的归为一类，将性质差别较大的归入不同的 少数科研项 目、重点工程中才深入开展量测数据分 类。判别分析则先根据已知类别的事物的性质，利 析，其分析结果的合理性也有待于在实践中检验。 用某种技术建立函数式，然后对未知类别的新事物 经验法和工程类比法成为目前隧道设计施工的主要 进行判断以将之归人已知的类别中。 方法：在施工过程中，技术人员将量测数据绘制成时 根据聚类方法的不同，聚类分析可以分为系统 间曲线，或者单纯根据量测值的大小，比照以往的工 聚类法、K一均值聚类法、有序样品聚类法、模糊聚 类法等。本文拟采用K一均值聚类法。 接触压力的四个变化过程的时间界限，就能确定二 K一均值聚类法是一种快速聚类法，这种算法 衬施做的合理时机。为了实现对上述过程划分，可 的基本思想是将每一个样品分配给最近中心 (均 以指定聚类的类别数为4，利用数据挖掘软件SPSS 值)的类中，具体算法包括以下3个步骤： 里的聚类分析模块对监测的压力数据进行聚类分 (1)将所有的样品分成 K个初始类，并计算各 析，通过聚类分析的结果确定四个压力变化过程的 初始类的中心坐标。 起I匕区间。 (2)通过欧氏距离将所有的样品重新分类，分 表 1 监测数据聚类分析等级 类的原则是将样品划人离中心最近的类中，然后重 新计算中心坐标 (欧氏距离 (Euclideandistence))： 两个体 P个变量值之差平方和的平方根。 通过SPSS分析后，在软件的结果输出窗 口中可 ■—————■