利用灰色關聯分析對爆破振動影響因素進行分析

（1山東科技科技大學土木工程與建筑學院， 山東 青島 266590；2山東科技大學土木防震減災重點實驗室， 山東 青島 266590）

1 引言

在隧道開挖、舊城區的拆除工程中爆破作業得到了極為廣泛的運用，進而爆破作業所帶來的各種各樣的負面影響得到了廣大人民的關注。爆破作業所帶來得不利影響被稱為爆破危害，而爆破危害又包括爆破振動危害、爆破沖擊波危害等，其中爆破振動危害是爆破工作進行的過程中所帶來的必然作用，爆破振動危害指的是在爆破作業中，對周圍環境、建筑物或構筑物以及居民的生活所造成的不利影響，嚴重時會造成周圍建筑物或構筑物發生開裂或破壞。爆破參數是衡量爆破振動危害的基本參數，爆破參數包括：爆破振動速度、爆破振動主頻以及爆破持續時間，為了弄清楚到底是哪個或者是那些因素對爆破振動參數影響程度較大，因此要對影響爆破振動參數的各個因素進行一一分析。在《爆破安全規程》一書中列出，影響爆破振動參數的各個因素主要是：總藥量、最大段藥量、掏槽眼最大段藥量、爆心距、高度差等[1]。利用灰色關聯分析對各個影響因素隊爆破振動參數影響作用的大小進行分析和排序，進而可以得出對其影響最大的因素及主要因素?；疑P聯分析（GRA）是在1984年提出的，此方法彌補了數理統計方法系統中的不足，在分析的過程中僅僅需要極少量的樣本數據，并且不需要明確的具體的分布規律。從一定的角度分析來看，爆破振動作用從本質上看是其中一部分的信息是可知的，那么灰色系統則表示一部分未知的數據因素，因而利用專門分析未知因素的GRA對爆破振動的影響因素進行分析與排序，可以較為準確的對影響因素進行排列，得到對爆破振動參數影響最大的主要因素。

2 GRA的工作原理

灰色關聯分析是一種在系統內進行分析的研究方法，在研究所給定的系統中影響因素之間的發展態勢之間的關系，進而來對比不同影響因素之間的關聯程度，經過分析系統中的特征變量的數據序列之間的關系，并將其與影響因素之間全部轉化為正相關的關系，在進行關聯系數計算之前進行無量鋼化處理，然后進行關聯系數計算，最后經計算得到灰色關聯度。通過對各個影響因素的優勢分析，得到各個影響因素對爆破振動參數影響程度的大小，進而可以進行排列順序，最終得到對爆破參數影響最大的因素。灰色關聯分析的基本原理是根據序列曲線的集合形狀間的相似程度來判斷之間的相互關系是否緊密[2]，如果曲線之間越接近，那么相對應的序列之間的關聯程度就越小，關聯程度就會越大[3]。

2.1 灰色關聯分析系統的特征因素和相關因素變量的選擇

爆破振動參數包括三部分：爆破振動速度峰值、爆破振動主頻率以及持續時間，進而將這三個要素作為灰色關聯度分析系統的分析特征因素[5]。在爆破過程中，有很多因素影響著爆破振動參數，例如：總藥量、最大段藥量和段數、各段之間的爆破時間間隔直接影響著爆破振動參數的實際大小[6]，在本文中，我們所采用的數據均來自于統一采用一段起爆，因此在其間并沒有爆破時間間隔，因此在本文中，并不考慮各段之間的爆破時間間隔，還有一些其他的影響因素如孔距、排距、孔深度、孔徑的長度、炸藥的填塞長度以及所用炸藥的種類還有裝藥的方式等，在相關分析中表明上述的影響因素對爆破振動參數的影響作用并不大，因此在本文中這些因素均不在考慮范圍之內。在相關的分析討論中，震源到監測點的距離以及高度差直接影響著爆破振動參數的大小，因此本文在選取研究系統中的相關因素變量時，只考慮總藥量、最大段藥量、震源距以及高度差 4種影響因素，本文采用的是青島市黃島區某車庫爆破時的檢測數據，由于現場條件以及爆破器械的限制，總藥量與最大段藥量大小一致，因此只考慮二者中其中的一項。各個影響因素用Xj表示（j=1,2,3），1X表示總藥量，X2表示震源距，3X表示高度差，用Yj表示爆破振動參數，Y1表示爆破振動速度峰值，Y2表示爆破振動主頻，Y3表示持續時間，利用表示檢測數據，K表示數據的序號（K=1,2,…,n）。

2.2 計算步驟

2.2.1 正負相關的轉換

2.2.2 數據的無量綱化處理

研究系統中各個影響因素之間的單位并不一致，即為數據的量綱不同，所以進行數據的分析與比較時比較困難，使得無法得到比較準確的結論，因此在進行灰色關聯度分析之前，先對各組數據進行無量綱化的處理，將各個影響因素化為無量綱的數據，無量綱化后的各組數據具有相同的定義，進而各組數據之間才有了可比性，這樣就可以保證灰色關聯度的準確性。相對常用的無量綱化方法有均值化法、初值化法以及區間化法[7]，本文采用均值化法對監測數據進行無量綱化分析。

2.2.3 關聯度的計算

3 分析結果與結論

本文通過對各個相關因素最大段藥量、震源距以及高度差進行灰色關聯度分析，得出其對特征參數爆破振動速度峰值、爆破振動頻率以及持續時間的影響程度的大小并且進行排序，灰色關聯度的分析結果表明，在相關因素中并不存在最優因素只存在準優因素，從關聯度數值的大小可以看出最大段藥量為準優因素。通過關聯度計算結果表中的數據可以看出對爆破振動速度影響程度最大的為最大段藥量，關聯度大小高達 1.991，高度差的關聯度是 1.934，僅次于爆破總藥量，而距離的關聯度大小為0.992，進而距離為影響爆破參數程度最小的因素，對爆破振動主頻的影響程度的最大的為高度差其次是距離以及最大段藥量，最后對爆破持續時間影響能力最大的是高度差，最小的為總藥量。

在灰色關聯分析的結果可以運用到實際的爆破危害控制中去，以便于優化爆破方案，若想控制爆破工作中的爆破振動速度首先要考慮的就是改變爆破總藥量的用量，若要改變爆破振動主頻與爆破振動持續時間的大小，第一個可以考慮改變的因素可為高度差，因此在對爆破振動主頻和爆破振動持續時間進行預測時，要認真考慮高度差的影響。在通過灰色關聯度分析得到的結論可用于對爆破工作所帶來的附加作用的控制提供一種更加科學的理論指導，使控制的目標更加的準確，使得控制的效果更加明顯，優化爆破方案。

[1]魏海寧.灰色關聯度方法在災害性天氣評估中的應用研究[D].南京. 南京信息工程大學.2011

[2]趙新濤,程貴海,黃海龍.灰色關聯分析在爆破振動效應控制中的應用[J].爆破器材. 2008年1期

[3]趙新濤,劉東燕,黃海龍.灰色關聯分析在降低爆破地震效應中的應用[J].安全與環境學報. 2010年2期