岩体质量分级的Fisher判别分析模型及应用-矿业114网 
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岩体质量分级的Fisher判别分析模型及应用
2012-12-27
将Fisher判别理论用于岩体质量分级,建立岩体质量分级的Fisher判别分析模型。选取单轴抗压强 度、岩体声波纵波速度、体积节理数、节理面粗糙度系数、节理面风化变异系数、透水性系数6个指标作为岩体质量 分级判别因子,以工程岩体实测数据作为学习样本进行训练,建立相应线性判别函数对待判样本进行分级。结果 表明,FDA(FisherDiscriminantAnalysis)模型稳定可靠、判别精度高、分类性能良好,且有效降低人为因素的影响,是 岩体质量等级分类的一种有效方法,可在实际工程中推广应用。
DSeecreimesbeNroꢀ 4230812 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总12第年 第43812期 期 METAL MINE 岩体质量分级的 Fisher 判别分析模型及应用 1 2 付 玉 华 ꢀ 王 兴 明 ( 1 江 西 理 工 大 学 应 用 科 学 学 院 ; 2 江 西 理 工 大 学 后 勤 产 业 集 团 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 将 Fisher 判 别 理 论 用 于 岩 体 质 量 分 级 , 建 立 岩 体 质 量 分 级 的 Fisher 判 别 分 析 模 型 。 选 取 单 轴 抗 压 强 度 、 岩 体 声 波 纵 波 速 度 、 体 积 节 理 数 、 节 理 面 粗 糙 度 系 数 、 节 理 面 风 化 变 异 系 数 、 透 水 性 系 数 6 个 指 标 作 为 岩 体 质 量 分 级 判 别 因 子 , 以 工 程 岩 体 实 测 数 据 作 为 学 习 样 本 进 行 训 练 , 建 立 相 应 线 性 判 别 函 数 对 待 判 样 本 进 行 分 级 。 结 果 表 明 , FDA( Fisher Discriminant Analysis) 模 型 稳 定 可 靠 、 判 别 精 度 高 、 分 类 性 能 良 好 , 且 有 效 降 低 人 为 因 素 的 影 响 , 是 岩 体 质 量 等 级 分 类 的 一 种 有 效 方 法 , 可 在 实 际 工 程 中 推 广 应 用 。 关 键 词 ꢀ 岩 体 质 量 ꢀ Fisher 判 别 理 论 ꢀ 质 量 分 级 Study and Application of Fisher Discriminant Analysis Model to Classification of Rock Mass Quality 1 2 Fu Yuhua ꢀ Wang Xingming ( 1 School of Applied Science, Jiangxi University of Science and Technology; 2  Logistics Industry Group, Jiangxi University of Science and Technology) Abstractꢀ Based on Fisher discriminant theory, a Fisher classification model of rock masses quality is established Six indexes consisting of uniaxial compressive strength, Pwave velocity in rock, volumetric joint count, roughness coefficients of joints, weathering coefficients and permeability coefficient of joints are chosen as discriminant factors, and the linear dis www.ky114.cn criminant functions are obtained to classify the samples which are trained and measured from rock masses engineering The results show that the FDA model owns stable performance, high prediction accuracy and good classification quality It can effectively reduce the influence of human factors As an effective way to make rock mass classification, FDA can be used in practical engineering Keywordsꢀ Rock mass quality, Fisher discriminant theory, Quality classification [ ꢀ ꢀ 工 程 岩 体 质 量 是 复 杂 岩 体 工 程 地 质 特 性 的 综 合 法 ; 陈 志 坚 7] 、 王 彦 武 [ 8] 、 连 建 发 [ 9] 等 基 于 模 糊 数 学 、 可 拓 方 法 建 立 了 岩 体 质 量 评 价 的 综 合 评 判 模 型 ; 冯 夏 庭 10] 、 李 强 [ 11] 、 王 彪 [ 12] 、 邱 道 宏 [ 13] 等 将 神 经 网 络 理 论 运 用 于 岩 体 质 量 评 价 中 ; 孙 恭 尧 14] 建 立 了 岩 反 映 。 它 不 仅 客 观 地 反 映 了 岩 体 结 构 固 有 的 物 理 力 学 特 性 , 而 且 为 工 程 稳 定 性 分 析 、 岩 体 的 合 理 利 用 以 及 正 确 选 择 各 类 岩 体 力 学 参 数 等 提 供 了 可 靠 的 依 据 。 因 此 岩 体 质 量 评 价 是 沟 通 岩 体 工 程 勘 察 、 设 计 和 施 工 的 桥 梁 与 纽 带 1] 。 [ [ 体 质 量 评 价 的 专 家 系 统 模 型 ; 王 环 玲 15] 、 文 畅 平 [ [ 16] [ 将 B17a] yes 判 别 分 析 模 型 应 用 于 岩 体 质 量 分 级 ; 宫 凤 [ 岩 体 分 级 是 对 岩 体 质 量 和 稳 定 性 进 行 综 合 评 价 的 一 种 基 本 方 法 , 它 一 直 是 岩 石 工 程 研 究 领 域 中 的 一 个 重 要 课 题 。 这 方 面 的 研 究 已 由 过 去 的 单 一 因 素 、 单 一 指 标 和 定 性 划 分 为 主 朝 多 因 素 、 多 指 标 、 定 性 评 价 与 定 量 评 价 相 结 合 的 方 向 发 展 2] , 形 成 很 多 分 级 方 法 。 特 别 是 近 年 来 , 研 究 人 员 不 断 将 新 技 术 、 新 理 论 引 入 岩 体 质 量 分 析 中 来 , 如 连 建 发 3] 、 盛 建 强 用 距 离 判 别 法 对 岩 体 质 量 进 行 分 级 。 如 上 所 述 , 迄 今 为 止 国 内 外 的 岩 体 分 级 方 法 多 种 多 样 , 多 数 分 级 方 法 有 各 自 的 针 对 性 和 局 限 性 , 其 指 标 选 择 和 处 理 方 法 各 不 相 同 。 如 传 统 的 分 类 方 法 中 有 的 方 法 简 便 、 快 速 , 但 考 虑 的 因 素 不 够 , 不 能 全 面 反 映 其 发 育 特 征 和 赋 存 条 件 ; 由 于 影 响 岩 体 质 量 [ [ [ 4] 、 刘 树 新 [ 5] 、 刘 艳 章 [ 6] 等 人 相 继 将 分 形 理 论 运 付 玉 华 ( 1977— ) , 男 , 副 教 授 , 博 士 , 341000 江 西 省 赣 州 市 客 家 大 道 龙 1 56 号 。 用 于 岩 体 质 量 评 价 中 , 提 出 了 岩 体 质 量 分 维 数 分 级 · 106· ꢀ ꢀ ꢀ 付 玉 华 等 : 岩 体 质 量 分 级 的 Fisher 判 别 分 析 模 型 及 应 用 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 12 期 ni 的 因 素 常 具 有 多 层 次 性 、 模 糊 性 和 不 确 定 性 等 复 杂 特 点 , 有 的 方 法 在 评 价 评 分 过 程 中 人 为 因 素 影 响 大 , 评 分 结 果 常 具 有 很 大 的 随 意 性 ; 有 的 方 法 采 用 总 分 值 区 间 来 介 定 岩 体 质 量 级 别 , 对 于 总 分 位 于 区 间 端 点 附 近 的 岩 体 , 其 岩 体 质 量 介 于 两 种 级 别 之 间 , 级 别 的 判 定 存 在 不 确 定 性 。 Fisher 判 别 分 析 法 是 根 据 观 测 到 的 样 本 的 若 干 数 量 特 征 对 新 获 得 的 样 本 进 行 归 类 、 识 别 , 判 断 其 所 属 类 型 的 一 种 多 元 统 计 分 析 方 法 。 由 于 该 判 别 法 对 原 始 数 据 分 布 并 无 特 殊 要 求 , 因 此 非 常 适 合 事 先 不 知 道 样 本 分 布 的 情 况 , 且 可 以 全 面 考 虑 影 响 预 测 的 各 种 因 素 , 真 实 准 确 地 识 别 目 标 所 属 类 别 , 故 而 在 自 然 科 学 和 社 会 科 学 的 各 个 领 域 得 到 广 泛 应 用 1821] 。 尽 管 如 此 , Fisher 判 别 分 析 法 在 岩 体 质 量 分 级 方 面 的 应 用 至 今 还 未 见 文 献 报 道 。 本 研 究 基 于 Fisher 判 别 理 论 , 选 择 影 响 岩 体 稳 定 性 的 主 要 因 素 作 为 判 别 参 数 , 利 用 实 际 监 测 数 据 作 为 样 本 , 试 图 建 立 岩 体 质 量 分 级 的 FDA( Fisher Discriminant Analysis) 分 析 模 型 , 并 将 该 模 型 应 用 到 永 平 铜 矿 露 天 边 坡 岩 体 质 量 分 级 。 结 果 表 明 , FDA 分 析 模 型 判 别 指 标 选 择 合 理 , 回 判 估 计 的 误 判 率 很 低 、 判 别 精 度 高 、 分 类 性 能 良 好 , 能 有 效 降 低 人 为 因 ( i) 1 ( i) 珔 X = X , ( 3) ( 4) ∑ ( α) n i i = 1 m ∑ ni 1 ( i) X珔= X , ∑ ( α) n i = 1 α = 1 m ( i) 珔 其 中 , n = 于 是 组 内 差 为 ni , X 、 X珔分 别 为 组 内 平 均 与 总 平 均 , ∑ i = 1 m ni 2 ( i) T ( i) 珔 - μ X e = μTX = ∑ ∑ ( ( α) ) i = 1 α = 1 ( i) m ∑ ni T T - μ X ) ( μTX T ( i) ( i) - X( i) 珔 ( μ X = ∑ ( α) ( α) ) i = 1 α = 1 m n i T T ( i) ( i) ( i) - X珔( i) - X珔 μ = ∑∑ ( X( α) μ ) ( X( α) ) i = 1 α = 1 [ m ni T ( i) - X珔( i) ) ( X(( iα)) - X珔( i) T μ ( X ) ] } μ = Si } ) ( 5) { μ ∑ [ ∑ ( α) i = 1 α = 1 m m T } μ  μTWμ ( 记 W = { S { ∑ i ∑ i = 1 i = 1 ( i) 此 处 Si 就 是 Gi 中 ni 个 样 本 X 的 样 本 离 差 阵 。 组 α 间 差 为 m ∑ ni 2 = T T ( i) T 珋 珋 b = μ x - μ x ∑ ( ) i = 1 α = 1 m www.ky114 T . ( i) cn( i) 珔 珔 - X 珔 珔 T n μ X X - X μ = 素 的 影 响 , 是 岩 体 质 量 等 级 分 类 的 一 种 有 效 方 法 , 可 在 实 际 工 程 中 推 广 应 用 。 ∑ i ( ) ( ) i = 1 m T X珔 - X珔 X珔 - X珔) ]μ  μTBμ ( i) ( i) μ n i [ ∑ ( ) ( 1 ꢀ Fisher 判 别 分 析 模 型 计 算 理 论 i = 1 Fisher 判 别 法 的 基 本 思 想 是 将 高 维 数 据 点 投 影 ( 6) 到 低 维 空 间 上 , 因 此 数 据 点 就 可 以 变 得 比 较 密 集 , 从 而 可 以 克 服 由 于 维 数 高 而 引 起 的 “ 维 数 祸 根 ” , 根 据 类 间 距 离 最 大 , 类 内 距 离 最 小 的 原 则 确 定 判 别 函 数 , 再 根 据 建 立 的 判 别 函 数 判 定 待 判 样 品 的 类 别 。 ꢀ ꢀ 为 了 使 判 别 函 数 能 够 很 好 地 区 别 来 自 不 同 总 体 的 样 品 , 则 希 望 满 足 以 下 2 个 条 件 : ①来 自 2 个 总 体 的 组 间 离 差 愈 大 愈 好 ; ②来 自 2 个 总 体 的 组 内 离 差 愈 小 愈 好 。 综 合 以 上 2 点 , 有 T [ 1819] b e μ Bμ 1  1ꢀ Fisher 判 别 法 的 求 解 Φ = =  ( 7) T μ Wμ 设 有 m 个 总 体 G , G , … , Gm, 相 应 均 值 向 量 和 1 2 ꢀ ꢀ 为 此 , 用 拉 格 朗 日 乘 数 法 , 令 ( 1) ( 2) ( m) ( 1) ( 2) 协 方 差 矩 阵 分 别 为 μ , μ , … , μ 和 v , v , T T F = μ Bμ - λ( μμ Wμ - 1) , ( m) … , v 。 从 总 体 G 中 分 别 抽 取 容 量 为 n 的 样 本 1 i 对 T T T ( i) ( i) ( i) ( i) F = μ Bμ - λ( μμ Wμ - 1) X = x , x α2 , … , xαp α ( α1 ) 求 偏 微 分 , 并 使 之 为 0, 方 程 式 如 下 : ( α = 1, 2, … , ni ; i = 1, 2, … , m) , ( 1) ( 2)  F = 2Bμ - 2λWμ  0 ( 8) ( 9) 则 μ ꢀ ꢀ 经 求 解 方 程 ( 8) , 进 一 步 整 理 可 得 -1 ( W B - λI) μ  0 T μTX ( i) = μ1 x , μ2 x , … , μp x i = 1, 2, … , m) ( i) ( i) ( i) αp α ( α1 α2 ) ( 其 中 , μ 就 是 最 大 特 征 值 λ 对 应 的 特 征 向 量 , I 为 组 ( i) 为 X 在 轴 上 的 投 影 。 记 α 内 离 差 平 方 和 与 组 间 离 差 平 方 和 的 比 值 。 这 样 就 可 · 107· 总 第 438 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 12 期 以 求 出 制 别 函 数 的 系 数 。 解 方 程 分 别 可 求 得 S - 2 个 判 别 函 数 ( S = min( ( G - 1) , m) ) , 一 般 第 1 个 方 程 可 以 解 释 大 部 分 样 本 的 信 息 , 如 仅 第 1 个 判 别 函 数 难 以 作 判 别 时 , 可 结 合 后 续 的 判 别 函 数 综 合 考 虑 。 2ꢀ 岩 体 质 量 分 级 的 Fisher 判 别 分 析 模 型 2 1ꢀ 岩 体 质 量 分 级 FDA 模 型 指 标 确 定 岩 石 性 质 、 岩 体 结 构 及 其 赋 存 条 件 3 个 因 素 控 制 着 岩 体 破 坏 的 基 本 规 律 , 决 定 和 影 响 着 岩 体 的 力 学 性 能 , 决 定 了 岩 体 质 量 的 优 劣 , 属 基 本 级 因 素 。 在 岩 石 的 各 项 力 学 性 质 中 , 与 稳 定 性 关 系 最 大 的 是 岩 石 的 坚 硬 程 度 , 可 用 岩 石 单 轴 抗 压 强 度 表 示 ; 岩 体 结 构 往 往 是 岩 体 稳 定 性 的 主 控 因 素 , 包 括 岩 体 的 完 整 程 度 和 结 构 面 的 力 学 性 状 , 前 者 可 用 如 RQD 值 、 节 理 间 距 、 体 积 节 理 数 和 岩 体 完 整 性 系 数 等 表 征 , 后 者 包 含 节 理 条 件 、 节 理 面 粗 糙 度 系 数 、 节 理 风 化 变 异 系 数 、 透 水 性 系 数 等 指 标 ; 岩 体 弹 性 纵 波 速 度 近 来 被 广 泛 用 于 岩 体 质 量 评 价 , 它 表 示 了 岩 体 的 综 合 力 学 性 能 ; 地 下 水 对 岩 体 质 量 的 影 响 , 不 仅 与 地 下 水 的 赋 存 状 态 有 关 , 还 与 岩 石 性 质 和 岩 体 完 整 程 度 有 关 , 岩 石 愈 致 密 , 强 度 愈 高 , 完 整 性 愈 好 , 则 地 下 水 的 影 响 愈 小 , 反 之 , 地 下 水 的 不 利 影 响 愈 大 。 1  2ꢀ Fisher 判 别 法 的 具 体 步 骤 ( 1) 列 出 样 本 观 测 阵 T ( ( i) ( i) ( i) , … , x( i) X = x , x α = 1, 2, … , n1 ; i = 1, 2, … , m) )  α) ( ( α1) ( α2) ( αp) ( ( i) 珔 珔 ꢀ ꢀ ꢀ ( 2) 求 各 总 体 的 样 本 均 值 X 及 总 平 均 值 X 。 ( 3) 计 算m T ( i) ( i) 珔 - X珔) ( 珔 X - X珔) ]  B = ni [ ( X ∑ i = 1 ꢀ ( 4) 计 算 m m ni T ( i) - 珔X( i) ( i) - 珔X( i) ) ]  珔 珔 W = ꢀ Si = X X ∑ ∑ [ 1 ∑ ( ( a) ) ( ( a) i =1 i =1 i =1 - -1 ꢀ ( 5) 计 算 W , W B。 - 1 ( 6) 求 W B 的 最 大 特 征 根 及 对 应 的 单 位 化 特 综 上 所 述 , 并 参 考 有 关 研 究 结 果 , 选 取 单 轴 抗 压 强 度 ( Rc ) 、 岩 体 声 波 纵 波 速 度 ( Vp ) 、 体 积 节 理 数 T 征 向 量 μ( 注 意 : 原 来 应 使 μ 满 足 μ Wμ = 1, 其 实 这 T 只 是 对 μ 长 度 的 一 个 要 求 , 为 简 化 计 算 , 常 取 μ μ = ( ( J ) 、 节 理 面 粗 糙 度 系 数 ( J ) 、 节 理 面 风 化 变 异 系 数 v r 1 , 即 ‖μ‖ = 1, 判 别 效 果 不 变 ) 。 J ) 、 透 水 性 系 数 ( W ) 6 个 参 数 作 为 FDA 模 型 的 T a k ( 7) 写 出 判 别 函 数 y = μ X 并 求 出 阈 值 。 阈 值 岩 体 质 量 分 级 判 别 指 标 。 ( i) T ( i) 珔 珋 可 以 用 以 下 方 法 求 出 : 将 X 代 入 y = μ X 得 y , www.ky2114.cn  2ꢀ FDA 岩 体 质 量 分 级 模 型 的 建 立 ( i) ( 1) ( 2) 珋 珋 珋 再 将 y 按 从 小 到 大 排 列 , 例 如 设 y < y < … 选 取 文 献 [ 3] 所 提 供 的 工 程 岩 体 实 测 资 料 为 样 ( m) 珋 < y , 则 相 邻 两 类 G , G 的 阈 值 为 i i+1 本 ( 见 表 1) , 以 单 轴 抗 压 强 度 X 、 岩 体 声 波 纵 波 速 ( i) ( i+1) 1 珋 珋 n y + n y i i+1 yc ( i, i + 1) =  ( 10) 度 X 、 节 理 面 粗 糙 度 系 数 X 、 节 理 面 风 化 变 异 系 数 2 3 n + n i i+1 X 、 体 积 节 理 数 X 、 透 水 性 系 数 X 6 个 参 数 作 为 判 4 5 6 ꢀ ꢀ ( 8) 回 代 样 本 , 进 行 判 别 。 对 给 定 的 样 品 X, 如 T 别 指 标 进 行 训 练 , 将 岩 体 质 量 等 级 分 为 3 个 类 别 果 相 应 的 y = μ X 介 于 y ( i - 1, i) 与 y ( i, i + 1) 之 c c ( Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ) , 应 用 上 节 介 绍 的 理 论 , 求 得 Fisher 判 间 , 则 X 应 归 属 于 G 。 i 别 函 数 为 1  3ꢀ Fisher 判 别 方 法 的 检 验 y1 ( X) = - 0 454X - 2 711X - 0 431X + 1 2 3 为 考 察 上 述 判 别 方 法 的 优 良 性 , 采 用 以 训 练 样 3  709X + 2 401X - 0 730X - 0 695, ( 12) 4 y2 ( X) = - 1 139X + 5 325X - 0 429X + 5 6 本 为 基 础 的 回 代 估 计 法 来 计 算 误 判 率 。 来 自 总 体 1 2 3 Gi 容 量 为 ni 的 样 本 是 T 2 453X 4 - 1 086X 5 - 2 422X 6 - 2 401 ( 13) ( i) ( i) α1 ( i) ( i) X = X , X α2 , … , Xαp ( α = 1, 2,(… , ni ; i = 1, 2, … ,)m) , α 为 了 考 察 岩 体 质 量 分 级 的 FDA 模 型 的 有 效 性 2  3ꢀ FDA 模 型 的 检 验 以 所 有 的 训 练 样 本 作 为 n + n + … + n 个 新 样 本 , 和 准 确 性 , 用 建 立 的 模 型 对 30 组 训 练 样 本 数 据 逐 一 回 判 , 并 与 实 测 值 比 较 , 回 判 结 果 见 表 1。 由 表 1 可 知 , 回 判 估 计 误 判 率 为 0 1, 正 确 率 高 。 图 1 为 模 型 第 一 、 二 判 别 函 数 分 组 的 检 验 及 预 测 情 况 , 由 图 1 可 见 , 岩 体 质 量 等 级 3 个 类 别 分 类 预 测 性 能 良 好 , 组 内 距 离 小 , 组 间 距 离 大 。 说 明 所 建 立 的 模 型 是 稳 定 而 且 可 靠 的 。 1 2 m 依 次 代 入 建 立 的 判 别 函 数 中 并 且 利 用 判 别 准 则 进 行 判 别 , 这 个 过 程 称 为 回 判 。 用 nij 表 示 将 属 于 总 体 G i 的 样 本 误 判 为 总 体 G 的 个 数 , 设 总 的 误 判 个 数 为 N, j 则 误 判 率 η 的 回 代 估 计 为 m η = N ni ( 11) ∑ i = 1 · 108· ꢀ ꢀ ꢀ 付 玉 华 等 : 岩 体 质 量 分 级 的 Fisher 判 别 分 析 模 型 及 应 用 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 12 期 表 1ꢀ 岩 体 质 量 分 级 样 本 3ꢀ Fisher 判 别 分 析 模 型 在 岩 体 质 量 分 级 中 的 应 用 对 永 平 铜 矿 露 天 转 地 下 开 采 的 边 坡 稳 定 性 进 行 X X / ( 条 X/ m3 ) 5 1 2 X3 X4 X6 实 测 FDA 值 / MPa / ( m/ s) 35 25 54 48 41 60 37 07 64 00 86 00 70 28 77 35 81 66 82 20 68 20 92 00 54 60 57 10 68 50 35 79 70 89 71 98 65 60 45 45 64 33 63 60 52 30 111 3 127 5 104 3 111 2 120 1 68 50 79 10 1 798 2 510 1 200 1 266 2 800 2 890 3 729 4 150 4 916 4 090 2 250 3 675 3 600 4 135 3 618 2 600 4 200 4 200 4 700 5 000 5 000 5 000 2 200 5 025 4 600 5 000 4 600 4 600 3 618 4 900 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 3 0 3 0 3 0 1 5 3 0 3 0 3 0 1 5 1 5 2 0 2 0 1 5 1 5 2 0 3 0 3 0 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 2 0 2 0 2 0 3 0 2 0 3 0 2 0 3 0 3 0 2 0 1 0 1 0 2 0 1 0 1 0 3 0 1 0 1 0 0 8 0 8 1 0 3 0 3 0 27 08 27 00 22 60 26 42 17 30 15 10 7 96 12 20 9 98 20 70 23 20 13 90 19 40 6 80 19 90 25 52 10 39 12 18 6 70 16 90 10 52 0 7 0 7 0 7 0 6 0 7 0 7 0 8 0 8 1 0 0 9 0 7 0 8 0 8 0 9 0 8 1 0 0 9 0 9 0 9 0 6 1 0 1 0 0 8 0 9 0 9 0 9 0 9 0 9 0 8 0 9 Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅲ Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅲ Ⅳ Ⅲ Ⅳ Ⅳ Ⅲ Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅱ 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 4 3 4 3 4 4 3 2 2 3 2 2 4 2 2 2 2 2 4 3 研 究 , 首 先 就 岩 体 质 量 展 开 评 价 。 对 采 区 7 ~ 22 线 间 的 岩 体 进 行 了 详 细 的 节 理 裂 隙 调 查 和 必 要 的 室 内 外 测 试 , 结 合 矿 山 前 期 研 究 资 料 , 整 理 得 到 岩 体 特 征 参 数 如 表 2 所 示 。 将 本 研 究 建 立 的 模 型 应 用 到 岩 体 质 量 分 级 中 , 并 与 RMR 法 和 国 标 法 进 行 比 较 , 结 果 亦 列 于 表 2。 表 2ꢀ 岩 体 质 量 分 级 汇 总 表 岩 体 特 征 参 数 岩 体 质 量 分 级 X X / ( 条 X/ m3 ) 5 R法MR 国 标 F法DA 1 2 X3 X4 X6 / MPa / ( m/ s) 法 1 04 2 5 210 4 639 4 200 3 3 2 1 5 8 75 0 9 2 3 3 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 3 3 4 3 3 2 2 3 4 3 4 4 4 3 3 3 2 2 3 3 4 4 4 4 3 3 3 3 2 2 3 4 3 4 4 4 3 3 3 2 3 3 3 4 4 4 3 3 3 3 3 97 6 85 2 64 4 1 5 10 32 0 9 2 3 3 3 2 2 2 2 11 60 0 8 3 600 1 5 18 5 9 31 17 6 25 8 25 2 7 23 0 8 0 7 0 7 0 8 0 8 0 8 7 1 7 7 68 5 3 4 210 3 600 1 1 6 6 3 100 1 5 6 4 2 890 4 820 3 150 4 600 4 700 2 3 3 2 3 9 5 7 7 2 3 20 85 0 8 9 1 45 2 08 1 5 18 39 0 9 1 5 12 35 0 9 9 wwwⅡⅣ.ky110 14.cn 7 51 32 91 20 00 12 30 17 40 15 50 8 50 1 5 080 4 030 3 960 3 400 3 3 2 1 2 12 97 0 9 8 5 2 1 5 11 60 0 9 Ⅲ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅳ Ⅲ 7 0 28 1 5 21 35 0 8 60 3 21 25 0 7 67 68 56 2 890 1 5 3 27 6 0 7 2 678 2 890 5 000 3 480 3 900 3 700 2 2 3 2 3 3 2 25 11 0 8 20 97 0 9 0 9 7 4 2 8 5 7 5 3 1 5 7 23 19 90 18 30 6 1 5 18 56 0 8 8 0 45 7 08 2 2 13 64 0 8 17 56 0 9 8 ꢀ ꢀ 由 表 2 可 知 道 , 3 种 方 法 分 级 结 果 总 体 上 吻 合 , 其 中 FDA 模 型 法 与 国 标 法 吻 合 度 更 高 , 一 致 率 达 1% , FDA 模 型 法 与 RMR 法 吻 合 度 更 低 , 一 致 率 仅 9 有 78% , 分 级 结 果 也 反 映 出 RMR 法 偏 保 守 的 特 点 。 RMR 法 和 国 标 法 都 是 根 据 分 值 区 间 来 判 定 岩 体 质 量 级 别 的 , 存 在 部 分 岩 体 质 量 评 分 值 位 于 分 级 区 间 的 端 点 附 近 , 其 岩 体 质 量 等 级 介 于 两 种 级 别 之 间 , 等 级 介 定 具 有 模 糊 性 和 随 意 性 。 与 RMR 法 和 国 标 法 相 比 , FDA 模 型 法 的 显 著 优 势 是 可 以 通 过 显 函 数 简 单 直 接 判 断 岩 体 质 量 等 级 , 降 低 了 人 为 因 素 的 影 响 。 鉴 于 以 上 原 因 , 在 边 坡 稳 定 性 研 究 中 采 用 图 1ꢀ 第 一 、 第 二 判 别 函 数 分 组 简 图 · 109· 总 第 438 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 12 期 [ [ [ [ 6] ꢀ 刘 艳 章 , 盛 建 龙 , 等  基 于 岩 体 结 构 面 分 布 分 形 维 的 岩 体 质 量 评 价 [ J]  岩 土 力 学 , 2007, 28( 5) : 971975 了 FDA 模 型 的 分 级 结 果 , 且 研 究 结 论 与 实 际 相 符 。 4 ꢀ 结 ꢀ 论 工 程 岩 体 质 量 等 级 的 判 定 受 多 种 因 素 的 影 响 , 7] ꢀ 陈 志 坚 , 朱 代 洪 , 张 雄 文  围 岩 质 量 综 合 评 判 模 型 和 大 坝 建 基 面 优 选 模 型 的 建 立 [ J]  河 海 大 学 学 报 , 2002( 4) : 8891 8] ꢀ 王 彦 武  地 下 采 矿 工 程 岩 体 质 量 可 拓 模 糊 评 价 方 法 [ J]  岩 石 力 学 与 工 程 学 报 , 2002( 1) : 1822 且 影 响 岩 体 质 量 的 因 素 常 具 有 多 层 次 性 、 模 糊 性 和 不 确 定 性 等 复 杂 特 点 , 致 使 工 程 岩 体 质 量 等 级 的 判 定 存 在 模 糊 性 和 不 确 定 性 。 本 研 究 从 控 制 工 程 岩 体 质 量 的 3 类 主 导 性 因 素 出 发 , 选 择 单 轴 抗 压 强 度 、 岩 体 声 波 纵 波 速 度 、 体 积 节 理 数 、 节 理 面 粗 糙 度 系 数 、 节 理 面 风 化 变 异 系 数 和 透 水 性 系 数 6 项 指 标 作 为 判 别 因 子 , 根 据 Fisher 判 别 理 论 , 建 立 了 岩 体 质 量 分 级 Fisher 判 别 分 析 模 型 。 将 该 模 型 对 训 练 样 本 数 据 逐 一 回 判 , 结 果 表 明 回 判 估 计 误 判 率 低 , 组 内 距 离 小 , 组 间 距 离 大 , 分 类 预 测 性 能 良 好 , 说 明 该 模 型 准 确 、 可 靠 , 具 有 强 大 的 分 类 预 测 功 能 。 将 该 模 型 用 于 实 际 工 程 岩 体 质 量 分 级 , 取 得 了 满 意 的 判 别 结 果 , 表 现 出 较 RMR 法 和 国 标 法 的 显 著 优 势 , 在 判 别 分 类 中 排 除 了 评 分 时 人 为 因 素 的 影 响 , 具 有 较 强 的 判 别 能 力 , 为 解 决 岩 体 质 量 等 级 判 定 和 分 类 提 供 了 一 条 新 的 途 径 。 9] ꢀ 连 建 发 , 慎 乃 齐 , 张 杰 坤  基 于 可 拓 方 法 的 地 下 工 程 围 岩 评 价 研 究 [ J]  岩 石 力 学 与 工 程 学 报 , 2004, 23( 9) : 14501453 冯 夏 庭 , 王 泳 嘉  用 于 岩 体 质 量 评 价 的 神 经 网 络 专 家 系 统 [ 10] ꢀ [ J]  有 色 金 属 , 1994( 4) : 712 [ 11] ꢀ [ 李 ꢀ 强  BP 神 经 网 络 在 工 程 岩 体 质 量 分 级 中 的 应 用 研 究 J]  西 北 地 震 学 报 , 2002( 3) : 220224 [ 12] ꢀ 王 ꢀ 彪 , 陈 剑 平 , 等  人 工 神 经 网 络 在 岩 体 质 量 分 级 中 的 应 用 [ J]  世 界 地 质 , 2004, 23( 1) : 6468 [ 13] ꢀ 邱 道 宏 , 陈 剑 平 , 等  基 于 粗 糙 集 和 人 工 神 经 网 络 的 洞 室 岩 体 质 量 评 价 [ J]  吉 林 大 学 学 报 : 地 球 科 学 版 , 2008, 38( 1) : 86 9 1 [ [ [ [ 14] ꢀ 孙 恭 尧 , 黄 卓 星 , 夏 宏 良  坝 基 岩 体 分 级 专 家 系 统 在 龙 滩 工 程 中 的 应 用 [ J]  红 水 河 , 2002( 3) : 611 15] ꢀ 王 环 玲 , 晏 鄂 川 , 余 宏 明  运 用 结 构 面 模 拟 技 术 分 析 岩 体 质 量 特 征 [ J]  地 质 灾 害 与 环 境 保 护 , 2002, 13( 3) : 6468 16] ꢀ 文 畅 平  岩 体 质 量 分 级 的 Bayes 判 别 分 析 方 法 [ J]  煤 炭 学 报 , 2008, 33( 4) : 395399 17] ꢀ 宫 凤 强 , 李 夕 兵 , 等  距 离 判 别 分 析 法 在 岩 体 质 量 等 级 分 类 中 的 应 用 [ J]  岩 石 力 学 与 工 程 学 报 , 2007, 26( 1) : 190194 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ [ [ [ 1] ꢀ 陈 昌 彦 , 王 贵 荣  各 类 岩 体 质 量 评 价 方 法 的 相 关 性 探 讨 [ J]  岩 石 力 学 与 工 程 学 报 , 2002, 21( 12) : 18941900 [ 18] ꢀ 高 惠 璇  应 用 多 元 统 计 分 析 [ M]  北 京 : 北 京 大 学 出 版 社 , 2005 www.ky114.cn [ 19] ꢀ 何 娟  应 用 数 理 统 计 [ M]  武 汉 : 武 汉 大 学 出 版 社 , 2005 [ 20] ꢀ 董 陇 军 , 李 夕 兵 , 赵 国 彦 , 等  露 天 采 矿 爆 破 振 动 对 砌 体 结 构 破 坏 效 应 预 测 的 Fisher 判 别 模 型 及 应 用 [ J]  岩 石 力 学 与 工 程 学 报 , 2009, 28( 4) : 750754 2] ꢀ 许 宏 发 , 周 建 民 , 等  国 标 岩 体 质 量 分 级 的 简 化 方 法 [ J]  岩 土 力 学 , 2005, 26( S) : 8890 3] ꢀ 连 建 发 , 慎 乃 齐 , 张 杰 坤  分 形 理 论 在 岩 体 质 量 评 价 中 的 应 用 研 究 [ J]  岩 石 力 学 与 工 程 学 报 , 2001, 20( S) : 16951698 4] ꢀ 盛 建 龙 , 伍 佑 伦  基 于 分 形 几 何 理 论 的 岩 体 结 构 面 分 布 特 征 研 究 [ J]  金 属 矿 山 , 2002( 8) : 4547 [ 21] ꢀ 董 陇 军 , 李 夕 兵 , 白 云 飞  急 倾 斜 煤 层 顶 煤 可 放 性 分 类 的 Fisher 判 别 分 析 模 型 及 应 用 [ J]  煤 炭 学 报 , 2009, 34( 1) : 58 5] ꢀ 刘 树 新 , 张 ꢀ 飞  三 维 岩 体 质 量 的 多 重 分 形 评 价 及 分 类 [ J]  6 3. ( 收 稿 日 期 ꢀ 20120912) 岩 土 力 学 , 2004, 25( 7) : 11161121 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪[ 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 5] ꢀ 华 北 有 色 工 程 勘 察 院 有 限 公 司  河 北 省 北 ? 河 铁 矿 水 文 地 质 总 结 报 告 [ R]  石 家 庄 : 华 北 有 色 工 程 勘 察 院 有 限 公 司 , 2011 ( 上 接 第 105 页 ) [ 2] ꢀ 刘 启 仁 , 等  中 国 固 体 矿 床 的 水 文 地 质 特 征 与 勘 探 评 价 方 法 [ [ 6] ꢀ 薛 禹 群 , 谢 春 红  地 下 水 数 值 模 拟 [ M]  北 京 : 科 学 出 版 社 , [ M]  北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 , 1995 2 007 [ [ 3] ꢀ 于 润 沧 , 等  采 矿 工 程 师 手 册 [ M]  北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 7] ꢀ 袁 道 先  中 国 岩 溶 学 [ M]  北 京 : 地 质 出 版 社 , 1993 2 009 4] ꢀ 华 北 有 色 工 程 勘 察 院  河 北 省 南 ? 河 铁 矿 水 文 地 质 勘 探 报 告 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20120909) [ R]  石 家 庄 : 华 北 有 色 工 程 勘 察 院 , 1996 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 · 信 息 苑 · 巴 西 10 月 份 铁 矿 石 出 口 量 环 比 增 长 18% ꢀ ꢀ 外 电 引 述 巴 西 工 业 发 展 和 外 贸 部 发 布 的 统 计 数 同 时 , 该 国 铁 矿 石 出 口 值 达 26 亿 美 元 , 环 比 增 长 8. 6% , 同 比 下 降 30. 4% 。 据 显 示 , 2012 年 10 月 份 , 巴 西 铁 矿 石 出 口 量 为 3 265 万 t, 环 比 增 长 18% , 同 比 增 长 17. 4% 。 ( 矿 业 114 网 ) · 110·
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