文档介绍：第 43卷第 7期人民长江 ,
2012年 4月 Yangtze River Apr., 2012
文章编号:1001-4179(2012)07-0040-04
基于非线性主成分和聚类分析法的膨胀土分类
李萍
(西安铁路职业技术学院土木工程系,陕西西安 710600)
摘要:为能准确地对膨胀土进行分类,将非线性主成分分析和聚类分析方法应用于膨胀土分类问题中,建立了
膨胀土分类的非线性主成分-聚类和判别模型,选用黏粒含量、粉粒含量、液限和塑性指数 4项指标作为聚
类和判别指标,以膨胀土实测数据进行分类和判别。研究结果表明:该判别模型分类和判别性能良好,预测精
度高,交叉确认估计的误判率很低,是膨胀土分类的一种有效方法,可以在实际工程中应用推广。
关键词:膨胀土;非线性主成分分析;聚类分析;分类;判别
中图法分类号:TU443 文献标志码:A
膨胀土是一种吸水后显著膨胀、失水后显著收缩未考虑不同指标之间的相关性以及指标反映的信息重
的高液限黏土,在我国分布广泛。其胀缩性对工程结叠性,并且指标选取过多时,综合评价也较为复杂。为
构物具有严重的破坏作用,可造成建筑物开裂,公路、此,本文利用非线性主成分分析法将多个判别指标化
铁路的塌方,膨胀土边坡产生浅滑等灾害[1]。发生这为单个或几个不相关的综合指标[8],使分类与判别变
些灾害的原因之一就是在工程初期对膨胀土的胀缩等得简单化,以各土样的主成分得分作为评价其胀缩等
级漏判或误判,从而埋下了隐患[2]。在膨胀土地区进级的新指标,以欧氏距离衡量各土样胀缩等级差异大
行工程建设,首先必须正确区分膨胀土与非膨胀土,划小,采用最短距离法对各土样进行系统聚类与判别,同
分膨胀土的类别和等级,然后确定建筑物的设计原则时给出了土样的亚级分类。
及采取相应的工程防范措施[3]。
1 非线性主成分-聚类和判别分析
目前已经发展出多种膨胀土或者膨胀土胀缩等级
分类方法。传统方法主要有规范判别分类法、最大胀主成分分析是一种将多个指标简化为少数几个不
缩性指标分类法、塑性图判别与分类法、南非威廉姆斯相关的综合指标(主成分)的多元统计分析方法。主
(Williams)分类标准、风干含水量法等[3]。由于影响成分分析能够降低指标维数,浓缩指标信息,从而将复
膨胀土胀缩特性的因素较多且复杂,没有一个单一指杂的问题简单化,使问题的处理变得直观、简单。这种
标能充分表述作为工程环境或工程结构体一部分的膨分析方法已经在工程领域得到了广泛应用。但是主成
胀土的复杂性态,而多指标判别往往易出现同一个土分分析在应用上存在 3个问题:①为了消除数据量纲
样不同的指标属于不同的等级,而难于归类的问的影响而对指标进行的标准化处理会造成指标变异程
题[3],因此采用这类方法具有很大的片面性。而近年度上的差异和信息丢失,从而使特征提取性下降[9];
来发展起来的多指标综合判定法被证明是一种提高评②主成分分析只是一种“线性”降维技术,所得主成分
判膨胀土胀缩等级准确性的有效途径[2]。这类方法是原始指标的线性组合,不能反映各指标间以及主成
主要包括 Fisher判别分析法、距离判别分析法、Bayes 分与指标数据之间的非线性关系[9];③以主成