利用灰色关联分析对爆破振动影响因素进行分析

（1山东科技科技大学土木工程与建筑学院， 山东 青岛 266590；2山东科技大学土木防震减灾重点实验室， 山东 青岛 266590）

1 引言

在隧道开挖、旧城区的拆除工程中爆破作业得到了极为广泛的运用，进而爆破作业所带来的各种各样的负面影响得到了广大人民的关注。爆破作业所带来得不利影响被称为爆破危害，而爆破危害又包括爆破振动危害、爆破冲击波危害等，其中爆破振动危害是爆破工作进行的过程中所带来的必然作用，爆破振动危害指的是在爆破作业中，对周围环境、建筑物或构筑物以及居民的生活所造成的不利影响，严重时会造成周围建筑物或构筑物发生开裂或破坏。爆破参数是衡量爆破振动危害的基本参数，爆破参数包括：爆破振动速度、爆破振动主频以及爆破持续时间，为了弄清楚到底是哪个或者是那些因素对爆破振动参数影响程度较大，因此要对影响爆破振动参数的各个因素进行一一分析。在《爆破安全规程》一书中列出，影响爆破振动参数的各个因素主要是：总药量、最大段药量、掏槽眼最大段药量、爆心距、高度差等[1]。利用灰色关联分析对各个影响因素队爆破振动参数影响作用的大小进行分析和排序，进而可以得出对其影响最大的因素及主要因素。灰色关联分析（GRA）是在1984年提出的，此方法弥补了数理统计方法系统中的不足，在分析的过程中仅仅需要极少量的样本数据，并且不需要明确的具体的分布规律。从一定的角度分析来看，爆破振动作用从本质上看是其中一部分的信息是可知的，那么灰色系统则表示一部分未知的数据因素，因而利用专门分析未知因素的GRA对爆破振动的影响因素进行分析与排序，可以较为准确的对影响因素进行排列，得到对爆破振动参数影响最大的主要因素。

2 GRA的工作原理

灰色关联分析是一种在系统内进行分析的研究方法，在研究所给定的系统中影响因素之间的发展态势之间的关系，进而来对比不同影响因素之间的关联程度，经过分析系统中的特征变量的数据序列之间的关系，并将其与影响因素之间全部转化为正相关的关系，在进行关联系数计算之前进行无量钢化处理，然后进行关联系数计算，最后经计算得到灰色关联度。通过对各个影响因素的优势分析，得到各个影响因素对爆破振动参数影响程度的大小，进而可以进行排列顺序，最终得到对爆破参数影响最大的因素。灰色关联分析的基本原理是根据序列曲线的集合形状间的相似程度来判断之间的相互关系是否紧密[2]，如果曲线之间越接近，那么相对应的序列之间的关联程度就越小，关联程度就会越大[3]。

2.1 灰色关联分析系统的特征因素和相关因素变量的选择

爆破振动参数包括三部分：爆破振动速度峰值、爆破振动主频率以及持续时间，进而将这三个要素作为灰色关联度分析系统的分析特征因素[5]。在爆破过程中，有很多因素影响着爆破振动参数，例如：总药量、最大段药量和段数、各段之间的爆破时间间隔直接影响着爆破振动参数的实际大小[6]，在本文中，我们所采用的数据均来自于统一采用一段起爆，因此在其间并没有爆破时间间隔，因此在本文中，并不考虑各段之间的爆破时间间隔，还有一些其他的影响因素如孔距、排距、孔深度、孔径的长度、炸药的填塞长度以及所用炸药的种类还有装药的方式等，在相关分析中表明上述的影响因素对爆破振动参数的影响作用并不大，因此在本文中这些因素均不在考虑范围之内。在相关的分析讨论中，震源到监测点的距离以及高度差直接影响着爆破振动参数的大小，因此本文在选取研究系统中的相关因素变量时，只考虑总药量、最大段药量、震源距以及高度差 4种影响因素，本文采用的是青岛市黄岛区某车库爆破时的检测数据，由于现场条件以及爆破器械的限制，总药量与最大段药量大小一致，因此只考虑二者中其中的一项。各个影响因素用Xj表示（j=1,2,3），1X表示总药量，X2表示震源距，3X表示高度差，用Yj表示爆破振动参数，Y1表示爆破振动速度峰值，Y2表示爆破振动主频，Y3表示持续时间，利用表示检测数据，K表示数据的序号（K=1,2,…,n）。

2.2 计算步骤

2.2.1 正负相关的转换

2.2.2 数据的无量纲化处理

研究系统中各个影响因素之间的单位并不一致，即为数据的量纲不同，所以进行数据的分析与比较时比较困难，使得无法得到比较准确的结论，因此在进行灰色关联度分析之前，先对各组数据进行无量纲化的处理，将各个影响因素化为无量纲的数据，无量纲化后的各组数据具有相同的定义，进而各组数据之间才有了可比性，这样就可以保证灰色关联度的准确性。相对常用的无量纲化方法有均值化法、初值化法以及区间化法[7]，本文采用均值化法对监测数据进行无量纲化分析。

2.2.3 关联度的计算

3 分析结果与结论

本文通过对各个相关因素最大段药量、震源距以及高度差进行灰色关联度分析，得出其对特征参数爆破振动速度峰值、爆破振动频率以及持续时间的影响程度的大小并且进行排序，灰色关联度的分析结果表明，在相关因素中并不存在最优因素只存在准优因素，从关联度数值的大小可以看出最大段药量为准优因素。通过关联度计算结果表中的数据可以看出对爆破振动速度影响程度最大的为最大段药量，关联度大小高达 1.991，高度差的关联度是 1.934，仅次于爆破总药量，而距离的关联度大小为0.992，进而距离为影响爆破参数程度最小的因素，对爆破振动主频的影响程度的最大的为高度差其次是距离以及最大段药量，最后对爆破持续时间影响能力最大的是高度差，最小的为总药量。

在灰色关联分析的结果可以运用到实际的爆破危害控制中去，以便于优化爆破方案，若想控制爆破工作中的爆破振动速度首先要考虑的就是改变爆破总药量的用量，若要改变爆破振动主频与爆破振动持续时间的大小，第一个可以考虑改变的因素可为高度差，因此在对爆破振动主频和爆破振动持续时间进行预测时，要认真考虑高度差的影响。在通过灰色关联度分析得到的结论可用于对爆破工作所带来的附加作用的控制提供一种更加科学的理论指导，使控制的目标更加的准确，使得控制的效果更加明显，优化爆破方案。

[1]魏海宁.灰色关联度方法在灾害性天气评估中的应用研究[D].南京. 南京信息工程大学.2011

[2]赵新涛,程贵海,黄海龙.灰色关联分析在爆破振动效应控制中的应用[J].爆破器材. 2008年1期

[3]赵新涛,刘东燕,黄海龙.灰色关联分析在降低爆破地震效应中的应用[J].安全与环境学报. 2010年2期