爆破振动对民居破坏的影响因素分析

爆破振动对民居破坏的影响因素分析

0爆破振动对对外影响的作用爆炸技术在采矿、水和国防等行业发挥着重要作用。爆破产生的地震动、冲击波、飞石等已影响周围环境,特别是我国露天采矿爆破,距离民房较近,爆破作业产生的地震动经房屋基底传递到上部,长期累积将导致民房洞角处出现裂缝、各构件连接失效或倒塌,甚至造成人员伤亡等,进而影响工程经济效益,因此,进行露天采矿爆破振动对民房危害判别具有重要的现实意义基于以上研究,笔者将利用因子分析浓缩数据的优点,并结合旋转森林在处理高维小样本数据分类问题上的优越性,对民房破坏程度进行等级预测,将其运用到实际工程项目中,验证该模型的有效性,为该领域预测研究提供一条新途径。1旋转森林的病因分析和理论1.1因子的选取因子分析设原有k个变量X式中:e模型的矩阵形式为X=AF+e,矩阵A中的元素a可证明,在因子分析中,为利用公共因子作进一步的研究,应求解因子值。假设,第j个公共因子的因子值f式中:β是因子得分系数。在f1.2森林旋转分类算法旋转森林设z=[z根据原始特征集的顺序按列重排这个矩阵,得到一个N×n的旋转矩阵R2户外采矿爆炸振动森林模型和应用2.1工程数据的统计分析爆破振动对民房危害程度的影响因素很多,综合爆破振动特征参量及民房自身强度、结构特点,选取10个因素作为露天采矿爆破振动对民房危害判别的特征属性根据文献[9]提供的露天采矿爆破振动对民房危害的工程数据(表1),利用SPSS15.0软件对10个变量进行两两相关分析,计算出PearsonCorrelation及Sig.(2-tailed)检验结果:灰缝强度、房屋高度、屋盖形式、圈梁构造柱及施工质量相互之间的t统计量的值的显著性概率p<0.05,相关系数显著异于0,因此,彼此之间存在较强的相关关系;爆破振动幅值、主频率、主频率持续时间、砖墙面积率及场地条件相互之间以及与其他5个变量之间的t统计量的值的显著性概率p>0.05,相关系数不异于0,因此,相关性较弱。2.2最佳试验样本的确定和加标回波型barlett为保证属性选取的可靠性,对相关程度较高的5个属性(灰缝强度、房屋高度、屋盖形式、圈梁构造柱及施工质量)进行KMO和Barlett检验。运行SPSS15.0,计算出KMO检验和Barlett检验结果:样本的KMO值为0.768,根据统计学家Kaiser给出的标准,适合作因子分析。Barlett球度检验的相伴概率为0,小于显著性水平0.05,拒绝Barlett球度检验的零假设,认为适合作因子分析。2.3旋转森林模型的因子分析爆破振动对民房的破坏情况以多种形式呈现,根据众多表现形式将民房的破坏分为基本完好、轻微损伤及破坏3个级别。根据文献[9]提供的露天采矿爆破振动对民房危害的工程测试数据,选取训练样本32个(表1),测试样本12个(表4),由此建立基于因子分析的旋转森林预测模型。将10个影响因素中的5个相关程度较高的属性作因子分析,提取少数公共因子,实现对爆破振动对民房危害的影响因素降维,用新生成的公共因子及5个相关程度较弱的属性作为旋转森林模型的特征因子。根据因子分析理论及旋转森林理论进行计算及学习。对训练样本进行因子分析,找出公共因子的过程主要由3个步骤构成:1)确定公共因子个数。将训练样本中灰缝强度、房屋高度、屋盖形式、圈梁构造柱及施工质量这5个属性作为因子分析的变量,运行SPSS15.0软件,得出公共因子碎石图(图1)。从图1中可以看出前2个成分的特征值变化比较明显,从第3个成分以后,特征值变化平缓,根据碎石准则2)构造因子变量。提取2个公共因子后,采用方差极大正交旋转方法对因子载荷矩阵旋转,得到因子载荷旋转矩阵(表2),正交旋转是因为初始因子综合性太强,难以找出因子的实际意义,经过旋转,因子的综合性降低,实际意义凸显。根据表2的因子得分,公共因子F3)计算因子得分。在因子分析中,旋转后的负载是公共因子的系数,不是公共因子本身的值,采用回归方法计算因子值得到因子得分系数矩阵(表3),进而可得因子值。由于爆破振动幅值、主频率、主频率持续时间、砖墙面积率及场地条件相互之间以及与另外5个变量之间的相关性较弱,所以将这5个变量(爆破振动幅值、主频率、主频率持续时间、砖墙面积率及场地条件)及2个公共因子(F2.4回代估计法验证在Weka3.7.0平台上利用RotationForest工具箱,设定相关参数。利用旋转森林模型训练32个样本,判别结果与实际情况基本保持一致(表1),只有12号样本被误判为G3(实际类别为G2)。采用回代估计法计算误判率,误判率为1/32,证明所建立的模型正确率高、是可靠的,因此,可以在工程中运用。根据学习好的露天采矿爆破振动对民房危害的旋转森林模型判别另外12个测试样本,判别结果见表4,并与FDA模型3确定旋转森林预测模型时要注意的问题以上研究结果表明,该模型预测能力较强、性能良好、可靠,适合预测露天采矿爆破振动对民房破坏程度。1)应用因子分析理论研究露天采矿爆破振动对民房危害程度的影响因素,避免由于因素之间的相关,促使某些信息重合,导致利用旋转森林算法分类时夸大某些因素的作用,计算结果发生畸变。2)利用因子分析所得的公共因子F3)基于因子分