岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (6): 1585-1595.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1582

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

基于DBSCAN选择性聚类集成的岩体结构面 优势产状分组方法

张化进1,吴顺川1, 2,韩龙强1   

  1. 1. 昆明理工大学 国土资源工程学院,云南 昆明 650093;2. 北京科技大学 土木与资源工程学院,北京 100083
  • 收稿日期:2021-09-17 修回日期:2022-03-03 出版日期:2022-06-21 发布日期:2022-06-30
  • 通讯作者: 吴顺川,男,1969年生,博士,教授,主要从事采矿工程与岩土工程方面的教学与科研工作。E-mail: wushunchuan@163.com E-mail:huajinzhang1001@163.com
  • 作者简介:张化进,男,1996年生,博士研究生,主要从事岩石力学和岩体工程稳定性等方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51934003);云南省创新团队资助项目(No.202105AE160023)。

Dominant partitioning method of rock mass discontinuity based on DBSCAN selective clustering ensemble

ZHANG Hua-jin1, WU Shun-chuan1, 2, HAN Long-qiang1   

  1. 1. Faculty of Land Resources Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650093, China; 2. School of Civil and Resources Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
  • Received:2021-09-17 Revised:2022-03-03 Online:2022-06-21 Published:2022-06-30
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51934003) and the Program of Yunnan Innovation Team (202105AE160023).

摘要: 针对单个结构面聚类模型存在误判或漏选风险、难以有效识别噪点与孤值等问题,提出利用具有噪声的基于密度的聚类(DBSCAN)算法进行选择性聚类集成的岩体结构面优势产状分组方法。首先,将结构面产状进行空间坐标转换,以单位法向量的夹角正弦值作为相似性度量标准。进而,基于DBSCAN算法构建一定数量具有差异性的基聚类器,借助选择性聚类集成技术挑选出部分优异的基聚类器。最后采用一致性集成技术融合这些基聚类器,获得一个高可靠度的选择性聚类集成结果。将该方法应用于DIPS软件数据集与松塔水电站坝址区结构面勘察中,检验了该方法的可行性与有效性。研究结果表明:该方法聚类效果显著优于常见聚类算法,聚类结果客观合理,不仅能有效标识出噪点与孤值,还克服了单个模型易过分割或欠分割的不足。该研究成果对准确确定结构面优势组具有一定的工程价值。

关键词: 岩体结构面, 优势产状, 聚类集成, 具有噪声的基于密度的聚类(DBSCAN), 轮廓系数

Abstract: For the problems existing in the traditional single discontinuity based clustering model, such as the risk of misclassification or omission and the inability to identify noise and isolated values, a dominant partitioning method of rock mass discontinuity based on selective clustering ensemble using density-based spatial clustering of applications with noise (DBSCAN) algorithm is proposed. Firstly, the spatial coordinate transformation is performed with the attitude of discontinuity, and the sine of the angle between the unit normal vectors is defined as similarity measurement. Then, a certain number of different base clusters are constructed based on the DBSCAN algorithm, with the selective clustering ensemble technology, some excellent base clusters are selected. Finally, the consistent ensemble technology is used to fuse these base clusters to generate a highly reliable selective clustering ensemble result. The DIPS software data set and the discontinuity survey result in the dam site area of Songta hydropower station are used to test the feasibility and effectiveness of the proposed method. The research results show that the clustering effect of the proposed method is significantly better than that of common clustering algorithms. The clustering results are objective and reasonable. It not only effectively identifies noise and isolated values, but also overcomes the shortcomings of over-segmentation or under-segmentation of the single discontinuity based clustering model. The research results are valuable in accurately determining the dominant group of discontinuity.

Key words: rock mass discontinuity, dominant attitude, clustering ensemble, density-based spatial clustering of applications with noise (DBSCAN), silhouette coefficient

中图分类号: 

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