利用灰色關(guān)聯(lián)分析對爆破振動影響因素進行分析

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

1 引言

在隧道開挖、舊城區(qū)的拆除工程中爆破作業(yè)得到了極為廣泛的運用，進而爆破作業(yè)所帶來的各種各樣的負面影響得到了廣大人民的關(guān)注。爆破作業(yè)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(yè)中，對周圍環(huán)境、建筑物或構(gòu)筑物以及居民的生活所造成的不利影響，嚴(yán)重時會造成周圍建筑物或構(gòu)筑物發(fā)生開裂或破壞。爆破參數(shù)是衡量爆破振動危害的基本參數(shù)，爆破參數(shù)包括：爆破振動速度、爆破振動主頻以及爆破持續(xù)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(shù)影響程度較大，因此要對影響爆破振動參數(shù)的各個因素進行一一分析。在《爆破安全規(guī)程》一書中列出，影響爆破振動參數(shù)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(guān)聯(lián)分析對各個影響因素隊爆破振動參數(shù)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。灰色關(guān)聯(lián)分析（GRA）是在1984年提出的，此方法彌補了數(shù)理統(tǒng)計方法系統(tǒng)中的不足，在分析的過程中僅僅需要極少量的樣本數(shù)據(jù)，并且不需要明確的具體的分布規(guī)律。從一定的角度分析來看，爆破振動作用從本質(zhì)上看是其中一部分的信息是可知的，那么灰色系統(tǒng)則表示一部分未知的數(shù)據(jù)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(zhǔn)確的對影響因素進行排列，得到對爆破振動參數(shù)影響最大的主要因素。

2 GRA的工作原理

灰色關(guān)聯(lián)分析是一種在系統(tǒng)內(nèi)進行分析的研究方法，在研究所給定的系統(tǒng)中影響因素之間的發(fā)展態(tài)勢之間的關(guān)系，進而來對比不同影響因素之間的關(guān)聯(lián)程度，經(jīng)過分析系統(tǒng)中的特征變量的數(shù)據(jù)序列之間的關(guān)系，并將其與影響因素之間全部轉(zhuǎn)化為正相關(guān)的關(guān)系，在進行關(guān)聯(lián)系數(shù)計算之前進行無量鋼化處理，然后進行關(guān)聯(lián)系數(shù)計算，最后經(jīng)計算得到灰色關(guān)聯(lián)度。通過對各個影響因素的優(yōu)勢分析，得到各個影響因素對爆破振動參數(shù)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(shù)影響最大的因素。灰色關(guān)聯(lián)分析的基本原理是根據(jù)序列曲線的集合形狀間的相似程度來判斷之間的相互關(guān)系是否緊密[2]，如果曲線之間越接近，那么相對應(yīng)的序列之間的關(guān)聯(lián)程度就越小，關(guān)聯(lián)程度就會越大[3]。

2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析系統(tǒng)的特征因素和相關(guān)因素變量的選擇

爆破振動參數(shù)包括三部分：爆破振動速度峰值、爆破振動主頻率以及持續(xù)時間，進而將這三個要素作為灰色關(guān)聯(lián)度分析系統(tǒng)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(shù)，例如：總藥量、最大段藥量和段數(shù)、各段之間的爆破時間間隔直接影響著爆破振動參數(shù)的實際大小[6]，在本文中，我們所采用的數(shù)據(jù)均來自于統(tǒng)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(guān)分析中表明上述的影響因素對爆破振動參數(shù)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(nèi)。在相關(guān)的分析討論中，震源到監(jiān)測點的距離以及高度差直接影響著爆破振動參數(shù)的大小，因此本文在選取研究系統(tǒng)中的相關(guān)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(qū)某車庫爆破時的檢測數(shù)據(jù)，由于現(xiàn)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(shù)，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(xù)時間，利用表示檢測數(shù)據(jù)，K表示數(shù)據(jù)的序號（K=1,2,…,n）。

2.2 計算步驟

2.2.1 正負相關(guān)的轉(zhuǎn)換

2.2.2 數(shù)據(jù)的無量綱化處理

研究系統(tǒng)中各個影響因素之間的單位并不一致，即為數(shù)據(jù)的量綱不同，所以進行數(shù)據(jù)的分析與比較時比較困難，使得無法得到比較準(zhǔn)確的結(jié)論，因此在進行灰色關(guān)聯(lián)度分析之前，先對各組數(shù)據(jù)進行無量綱化的處理，將各個影響因素化為無量綱的數(shù)據(jù)，無量綱化后的各組數(shù)據(jù)具有相同的定義，進而各組數(shù)據(jù)之間才有了可比性，這樣就可以保證灰色關(guān)聯(lián)度的準(zhǔn)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(qū)間化法[7]，本文采用均值化法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行無量綱化分析。

2.2.3 關(guān)聯(lián)度的計算

3 分析結(jié)果與結(jié)論

本文通過對各個相關(guān)因素最大段藥量、震源距以及高度差進行灰色關(guān)聯(lián)度分析，得出其對特征參數(shù)爆破振動速度峰值、爆破振動頻率以及持續(xù)時間的影響程度的大小并且進行排序，灰色關(guān)聯(lián)度的分析結(jié)果表明，在相關(guān)因素中并不存在最優(yōu)因素只存在準(zhǔn)優(yōu)因素，從關(guān)聯(lián)度數(shù)值的大小可以看出最大段藥量為準(zhǔn)優(yōu)因素。通過關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果表中的數(shù)據(jù)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(guān)聯(lián)度大小高達 1.991，高度差的關(guān)聯(lián)度是 1.934，僅次于爆破總藥量，而距離的關(guān)聯(lián)度大小為0.992，進而距離為影響爆破參數(shù)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(xù)時間影響能力最大的是高度差，最小的為總藥量。

在灰色關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果可以運用到實際的爆破危害控制中去，以便于優(yōu)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(xù)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(xù)時間進行預(yù)測時，要認真考慮高度差的影響。在通過灰色關(guān)聯(lián)度分析得到的結(jié)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(xué)的理論指導(dǎo)，使控制的目標(biāo)更加的準(zhǔn)確，使得控制的效果更加明顯，優(yōu)化爆破方案。

[1]魏海寧.灰色關(guān)聯(lián)度方法在災(zāi)害性天氣評估中的應(yīng)用研究[D].南京. 南京信息工程大學(xué).2011

[2]趙新濤,程貴海,黃海龍.灰色關(guān)聯(lián)分析在爆破振動效應(yīng)控制中的應(yīng)用[J].爆破器材. 2008年1期

[3]趙新濤,劉東燕,黃海龍.灰色關(guān)聯(lián)分析在降低爆破地震效應(yīng)中的應(yīng)用[J].安全與環(huán)境學(xué)報. 2010年2期