Обработка и анализ результатов наблюдений

Величина любой деформации Δ в двух сопоставляемых циклах наблюдений характеризуется разностью координат положения точки во времени между циклами 1 и 2:

, (22)

где F – координата точки (плановая, высотная, угловое положение, отсчет по шкале подвижной марки, ширина трещины и др.).

Погрешность m_Δ результата измерений определяется погрешностями получения координат F ( m_F1 ; m_F2 ) по формуле

(23)

При равноточных измерениях в циклах, что всегда стремятся обеспечить при практической реализации схем измерений, m_F1 = m_F2 = m_F,

(24)

При неравноточных измерениях (т.е. при вынужденном изменении схемы измерений, вызванном отличающимися условиями измерений) необходимо учитывать весовые характеристики в каждом из сопоставляемых циклов.

В качестве единицы веса при наблюдениях за вертикальными перемещениями, как уже говорилось выше, часто принимают превышение, полученное в ходе одного направления при одном горизонте прибора по двум шкалам реек при установленной в схеме измерений длине плеча D (расстояния от нивелира до реек). При определении горизонтальных смещений (в случае измерения расстояний между рабочими реперами) единицей веса может быть пролет, измеренный в ходе двух направлений при одном уложении мерного прибора. При измерении горизонтальных углов единицей веса может явиться, например, угол, измеренный на станции одним полным приемом при установленных сторонах D угла.

Уравнивание геодезических построений, используемых при наблюдениях за деформациями, выполненных по методикам I и II класса, производят строгими способами, при наблюдениях III класса – чаще всего нестрогими способами (способы уравнивания рассматриваются в курсе «Математические методы обработки геодезических измерений»).

Результаты вычисления деформаций представляют различными способами. В таблицах – когда последовательно по циклам указывают значения деформаций для каждой из точек. На графиках, которые строят в шкалах времени (номеров циклов) и величин деформаций. Для некоторых объектов целесообразно для хорошей наглядности строить прстранственно-временные графики деформаций (рис. 52). Указанные графики представляют собой

чертеж, выполненный в принятом масштабе, на который наносят в шкале времени циклы наблюдений, а в пересечениях с ними – значения деформаций для каждой из точек. Затем интерполированием строят изолинии деформаций и выполняют анализ поведения объекта и его частей. Если на таких графиках изолинии деформаций будут параллельны горизонтальным линиям циклов, то это говорит о систематической равномерной деформации объекта. Если изолинии будут перпендикулярны линиям циклов, то это говорит о неравномерной деформации.

Другой вид графиков – пространственный (рис. 53). Он отражает фиксированную картину деформаций по отношению к предыдущему циклу, обычно – к начальному циклу, на

Рис. 52. Пространственно-временной график деформаций

Рис. 53. Пространственный график деформаций

сравнительно большой площади. Такой график также рисуется в изолиниях деформаций.

Способ интерпретации данных измерений, представленный на рис. 53, более применим при исследованиях значительных по площади объектов, но может быть использован для локальных областей объектов, либо для объектов в целом, если сеть наблюда- емых точек более-менее равномерно охватывает весь исследуемый объект. К недостаткам этого способа следует отнести необходимость представления динамики процесса деформирования на нескольких подобных графиках, максимально – по числу проведенных циклов измерений, за исключением первого (начального) цикла.

Способ интерпретации данных измерений, представленный на рис. 52, применим, вообще говоря, для объектов сравнительно простой формы и только для ограниченного числа наблюдаемых точек. Например, точек, расположенных по контуру объекта. В связи с этим способ графического отображения информации подбирается исключительно возможностями полной графической передачи информации о процессе деформирования. Во многих случаях приходится обходиться только простыми графиками деформаций по каждой из наблюдаемых точек.

Список литературы

1. Геодезические методы измерения деформаций сооружений./ А.К.Зайцев, С.В.Марфенко, Д.Ш.Михелёв и др. – М.: Недра, 1991.

2. Геодезические методы исследования деформаций сооружений./ А.К.Зайцев, С.В.Марфенко, Д.Ш.Михелёв и др. – М.: Недра, 1986.

3. Михелёв Д.Ш., Рунов И.В., Голубцов А.И. Геодезические измерения при изучении деформаций инженерных сооружений. – М.: Недра, 1977.

4. Инженерная геодезия/Под ред. П.С.Закатова. – М.: Недра, 1976.

5. Инженерная геодезия. Учеб. для вузов. / Е.Б.Клюшин, М.И.Киселёв, Д.Ш.Михелёв, В.Д.Фельдман; Под ред. Д.Ш.Михелёва. – Высшая школа, 2000.

6. Инструкция по наблюдениям за сдвижениями земной поверхности и расположенными на ней объектами при строительстве в Москве подземных сооружений. – М.: ИПКОН РАН, 1997.

7. Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов. – М.: Недра, 1974.

8. Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. Прикладная геодезия. Основные методы и принципы инженерно-геодезических работ. – М.: Недра, 1981.

9. Левчук Г.П., Новак В.Е., Лебедев Н.Н. Прикладная геодезия. Геодезические работы при изысканиях в строительстве инженерных сооружений. – М.: Недра, 1976.

10. Методы и приборы высокоточных геодезических измерений в строительстве. / Большаков В.Д., Васютинский И.Ю., Клюшин Е.Б. и др. – М.: Недра, 1976.

11. Николаев С.А. Статистические исследования осадок инженерных сооружений. – М.: Недра, 1983.

12. Новая геодезическая техника и ее применение в строительстве. – М.: Высшая школа, 1982.

13. Пискунов М.Е. Методика геодезических наблюдений за деформациями сооружений. – М.: Недра, 1980.

14.Руководство по наблюдениям за осадками и смещениями инженерных сооружений фотограмметрическими методами. – М.: Недра, 1979.

Приложение

Основные понятия, термины и определения

Биметалл– имеется в виду конструкция, содержащая два металлических элемента, имеющих значительно различающиеся температурные коэффициенты расширения.

Вероятные сдвижения и деформации – величины сдвижений и деформаций, которые определяются на основании неполной информации о горно-геологических условиях строительства подземного или наземного сооружения.

Вертикальные деформации земной поверхности (наклоны, кривизна) – деформации земной поверхности в вертикальной плоскости, которые вызваны неравномерностью вертикальных сдвижений.

Вертикальные перемещения основания фундамента– осадки, которые происходят под влиянием ведения горных работ, а также уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственной массы грунта; просадки, которые происходят в результате уплотнения под воздействием как внеших нагрузок, так и дополнительно с ними действующих факторов (замачивание просадочных грунтов, оттаивания ледовых прослоек и др.); набухание и усадки – связанные с изменением объема некоторых видов глинистых грунтов при изменении их влажности, температуры (морозное пучение) или воздействия химических веществ, находящихся во влаге.

Геодезический знак – зафиксированная на поверхности земли, инженерном сооружении точка, предназначенная для установки на нее (над ней) геодезических приборов и специальных приспособлений и устройств с целью производства геодезических измерений.

Вспомогательный – дополнительный опорный геодезический знак, устанавливаемый вблизи исследуемого объекта.

Высотный – знак, конструкция которого предусматривает измерение высотных координат, либо конструкция, обеспечивающая сохранение высотных координат.

Глубинный – знак, закрепляемый в коренных породах на большой глубине от поверхности земли.

Грунтовый – знак, закрепляемый в грунтах ниже глубины промерзания не менее, чем на 0,5 м, и ниже глубины оттаивания грунтов (в районах вечной мерзлоты) не менее, чем на 1 м.

Деформационный–геодезический знак, укрепляемый жестко на конструкциях сооружения или здания (колонне, стене, фундаменте), на земной поверхности, который изменяет свое положение вследствие осадки, просадки, подъема, сдвига, крена и горизонтального перемещения фундамента, сооружения, земной поверхности.

Исходный–репер, закладываемый в районе наблюдательной станциина участке, не подверженном сдвижению горных пород. Служит для передачи отметки на опорные реперы станции.

Марка – приспособление, закрепляемое на конструкциях сооружений, предназначенное для измерения углов и направлений; может быть съемной и жестко закрепленной.

Маяк–приспособление для наблюдения за развитием трещин: гипсовая или алебастровая плитка, прикрепляемая к обоим краям трещины на стене или потолке; две стеклянные или пластиковые пластины, которые имеют риски для измерения величины раскрытия трещины и др.

Опорный–знак, практически неподвижный в горизонтальной плоскости, относительно которого определяются сдвиги и крены фундаментов зданий и сооружений.

Опорный репер–репер профильной линии, заложенный на участке наблюдательной станции, не подвергающемся сдвижению, и служащий исходным для наблюдения на данной профильной линии.

Ориентирный–знак, служащий для обеспечения исходного ориентирования при изменении сдвигов и кренов фундаментов зданий и сооружений.

Планово-высотный – знак, конструкция которого предусматривает измерение плановых и высотных координат, либо конструкция, обеспечивающая сохранение плановых и высотных координат.

Плановый - знак, конструкция которого предусматривает измерение плановых координат, либо конструкция, обеспечивающая сохранение плановых координат.

Поверхностный – знак, точка которого с известными ее координатами (плановыми, высотными, плановыми и высотными) визуально или с помощью приборов наблюдается при измрениях.

Стенной – знак, устанавливаемый на вертикальных конструкциях сооружения, а также, в некоторых случаях, в горизонтальных конструкциях; т.е., это знак, армируемый в конструкции сооружения.

Щелемер–приспособление для измерения величины развития трещины. Могут быть одно-, двух- и трехкоординатными. Устанавливаются в местах развития трещин с закреплением подвижных частей устройства по краям трещины.

Геометрическое нивелирование– нивелирование с помощью горизонтального визирного луча.

Гидронивелирование– нивелирование, основанное на свойствах жидкости в сообщающихся сосудах. Существует гидростатическое нивелирование (свободное перемещение жидкости в системе гидронивелира) и гидродинамическое нивелирование, при котором жидкость принудительно перемещается в системе гидронивелира.

Горизонтальное сдвижение земной поверхности – горизонтальная составляющая вектора сдвижения точки в мульде сдвижения земной поверхности.

Абсолютная величина горизонтального сдвижения–полная величина горизонтального сдвижения, полученная по отношению к устойчивым геодезическим (исходным) знакам.

Горизонтальное смещение– перемещение точки сооружения в горизонтальной плоскости в любом направлении относительно начального ее положения.

Горизонтальные деформации растяжения или сжатия – деформации земной поверхности в горизонтальной плоскости, которые вызваны неравномерностью горизонтальных сдвижений.

Граница зоны влияния подземного сооружения или граница мульды сдвижения – контур зоны на земной поверхности, который определяется по граничным углам или по деформациям: наклона (0,5*10^-3), растяжения (0,5*10^-3), при длинах интервалов 15-20 м. (Зона опасного влияния определяется контуром зоны опасного сдвижения земной поверхности, определяемым по углам сдвижения или критическим деформациям).

Граничные углы –внешние относительно выработанного пространства углы, образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения горизонтальными линиями и линиями, соединяющими границу выработки с границей зоны влияния горных работ на земной поверхности (см. рис. ).

График сдвижений и деформаций –линии, изображающие в выбранном масштабе распределение величин сдвижений и деформаций на профильной линии или на сооружении. Существуют графики вертикальных перемещений, оседания, горизонтального сдвижения, наклонов мульды сдвижения, кренов, горизонтальных деформаций (растяжения, сжатия), скорости изменения деформаций и др.

Пространственно-временной график деформаций показывает динамику изменения деформаций исследуемого объекта.

Пространственный график деформаций показывает распределение величин деформаций по площади исследуемого объекта, либо по его объему.

Деформация – изменение формы инженерного сооружения и земной поверхности под действием нагрузок либо других возмущающих факторов.

Завал – наклон в направлении продольной оси сооружения.

Изгиб – изменение формы продольной или поперечной оси сооружения в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Крен – отклонение вертикальной оси сооружения от первоначального ее положения. Крен фундамента – деформация в результате неравномерной осадки, просадки, подъема и т.п., которая характеризуется разностью вертикальных перемещений точек, отнесенной к расстоянию между ними.

Кручение – проворот периферийных точек сооружения относительно вертикальной оси.

Наклон – по характеру близкий к крену, но при этом происходит изгиб вертикальной оси сооружения. Наклон больше относится к малоэтажным сооружениям. Наклон интервалов в мульде сдвижения – отношение разности оседаний двух соседних точек мульды к расстоянию между ними.

Обрушение – быстрое смещение породных масс или блоков и пачек пород, слагающих откос, сопровождающееся дроблением смещающейся части массива.

Оплывание – фильтрационные деформации, вызываемые переносом и переотложением грунтовых частиц подземными водами, вытекающими на откос в пределах участка их высачивания.

Оплывина – перемещение в виде потока насыщенных водой до текучего состояния некоторых разновидностей песчано-глинистых пород нарушенной структуры (пылеватых песков и глин, лессовидных суглинков, лессов и т.п.), которые растекаются по площади под углом 4-6^о и менее.

Оползень–сравнительно медленное смещение масс горных пород, слагающих откос (либо основание откоса), происходящее в виде скользящего движения между слагающими породами и неподвижным массивом.

Осадка – разность абсолютных или условных отметок точки в двух циклах наблюдений. Смещение сооружения в вертикальной плоскости.

Оседание – вертикальная составляющая сдвижения точки

Осыпь – разрушение и смещение приповерхностной части крутых откосов.

Перекос – наклон в направлении поперечной оси сооружения.

Провал–участок земной поверхности, подвергшийся обрушению под влиянием подземных горных работ, либо от действия других факторов природного или искусственного происхождения.

Прогиб – сравнительно плавная неравномерная осадка сооружения по его геометрическим параметрам, например, по продольной оси.

Просадка – быстропротекающая осадка, возникающая из-за резких изменений физико-механических свойств грунтов.

Растяжение – деформации локальной части сооружения, в которой векторы смещений направлены в противоположные стороны.

Сдвиг – смещение двух точек сооружения, находящихся недалеко друг от друга, в противоположных направлениях.

Сжатие – деформации локальной части сооружения, в которой векторы смещений направлены навстречу друг другу.

Допустимые деформации –деформации, которые могут вызвать такие повреждения в сооружениях, которые позволяют продолжать их эксплуатацию после проведения текущих наладочные и ремонтных работ.

Единица веса – измеряемая величина, получаемая при определенных, заранее оговоренных условиях. Например, горизонтальный угол, полученный на станции из трех полных приемов при определенном расстоянии между точками.

Инвар –сплав железа и никеля, имеющий весьма малый коэффициент температурного расширения.

Линейно-угловые построения– геодезические построения, в которых измеряют горизонтальные углы и расстояния. Чаще всего – это совмещенные системы триангуляции и трилатерации.

Методика работ– полная и последовательная совокупность действий, соблюдение которых при измерениях и обработке данных позволяет обеспечить необходимую (заданную) точность измерений.

Микронивелирование– нивелирование на коротких (от 0,5 до 2,0 м) базах.

Микротриангуляция – триангуляция на коротких расстояниях.

Микротрилатерация – трилатерация на коротких расстояниях.

Мульда сдвижения земной поверхности –участок земной поверхности, который подвергся сдвижению под влиянием ведения горных пород.

Главные сечения мульды сдвижения – вертикальные сечения мульды вдоль и поперек подземного сооружения, проходящие через точки с максимальными оседаниями земной поверхности.

Длина полумульды – расстояние в главном сечении на продольном или поперечном разрезе между границей мульды и точкой пересечения с земной поверхностью линии, проведенной под углом полных сдвижений (при полной подработке) или под углом максимального оседания (при неполной подработке). Участок плоского дна при расчете сдвижений и деформаций в длину полумульды не включается.

Кривизна мульды – отношение разности наклонов двух соседних интервалов мульды к полусумме длин этих интервалов (размерность 1/м).

Максимальные горизонтальные деформации – наибольшие сжатия и растяжения интервалов мульды при закончившемся процессе сдвижения.

Наклоны интервалов в мульде – отношение разности оседаний двух соседних точек мульды к расстоянию между ними.

Зоны мульды сдвижения: прогиба, обрушения, сквозных трещин, активных трещин, локальных трещин, плавного прогиба, опорного давления, предельно-напряженного состояния

Наблюдательная станция –совокупность реперов, заложенных по определенной системе на земной поверхности, в подземных выработках, на зданиях и сооружениях с целью проведения наблюдений за деформациями земной поверхности и сооружений.

Специальная наблюдательная станция–наблюдательная станция, заложенная с целью детального изучения отдельных вопросов сдвижения горных пород, деформаций зданий и сооружений, земной поверхности: изучение взаимосвязи деформаций сооружений и основания (грунта); влияние деформаций подработанной толщи и земной поверхности на развитие деформаций отдельных сооружений, либо их групп и т.п.

Типовая наблюдательная станция–наблюдательная станция на земной поверхности, заложенная с целью получения основных параметров сдвижения при строительстве подземных сооружений в типовых горно-геологических условиях. Продолжительность существования станции от одного года до нескольких десятков лет.

Обратный вес – величина, обратная весу измерения.

Обратный отвес – конструкция геодезического знака, в которой натяжение закрепленной в забое скважины проволоки осуществляется с помощью поплавка, находящегося в устье скважины.

Период опасных деформаций –период интенсивных сдвижений земной поверхности, деформаций сооружений, в течение которого проявляется опасное влияние горных работ на сооружения и природные объекты. К интенсивным сдвижениям земной поверхности чаще всего относят сдвижения со скоростью оседания более 30 мм в месяц. Интенсивные деформации инженерных сооружений определяются индивидуально по каждому сооружению.

Периодичность измерений– частота наблюдений в установленный период, определяемый технологией строительства и эксплуатацией сооружения, изучения сооружения в отношении его деформаций.

Поверхность скольжения –траектория, по которой движутся оползающие породы и разделяющая в условиях предельного равновесия область движения и покоя. Верхнюю (близкую к вертикальной) часть поверхности скольжения, в которой действуют растягивающие напряжения, называют поверхностью отрыва.

Погрешность измерений –отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Полигонометрический ход– система геодезических построений в виде ломаных линий, в которой измеряют горизонтальные углы и расстояния.

Полная серия наблюдений –комплекс наблюдений на наблюдательной станции, включающий измерения по реперам в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также определение положения трещин относительно границ горных выработок, либо трещин на сооружениях. На профильных линиях, расположенных в главных сечениях мульды сдвижения, полная серия наблюдений состоит из нивелирования реперов, измерения расстояния между ними и определения положения трещин.

Программа работ– последовательность комплекса работ, выполнение которых обеспечивает получение картины деформаций в установленный временной период.

Предельные деформации –деформации, превышение которых может вызвать аварийное состояние сооружений, повлечь угрозу опасности для жизни людей.

Профильная линия(наблюдательной станции) – прямая или ломаная линия, вдоль которой расположены реперы наблюдательной станции.

Репер –геодезический знак с фиксированной точкой (центром), закрепленный в грунте, на сооружении или в горной выработке и предназначенный для наблюдений за их сдвижением.

Рабочий репер – репер профильной линии, предназначенный для определения величин сдвижений земной поверхности, положение которого в пространстве определяется относительно опорных реперов профильной линии.

Репер глубинный – геодезический знак, основание которого устанавливается на скальные, полускальные или другие коренные практически несжимаемые грунты.

Репер грунтовый – геодезический знак, основание которого устанавливается ниже глубины сезонного промерзания, сезонного оттаивания или перемещения грунта.

Репер стенной – геодезический знак, устанавливаемый на несущих конструкциях зданий и сооружений, либо в кровле, боках, почве горных выработок.

Сдвижение горных пород –перемещение и деформирование массива горных пород в результате нарушения их естественного равновесия при строительстве подземных сооружений, а также под влиянием других факторов искусственного и естественного происхождения.

Сдвижение земной поверхности –перемещение и деформирование земной поверхности в результате сдвижения массива горных пород при строительстве подземных сооружений, а также под влиянием других факторов искусственного и естественного происхождения.

Слабоопределяемая точка– точка геодезического построения, погрешность определения координат которой в данном построении по отношению к другим его точкам является наибольшей. Характеризуется наибольшим значением обратного веса.

Сосредоточенные деформации –деформации (горизонтальные и вертикальные) на небольших базах по сравнению с размерами исследуемого участка, здания, сооружения.

Способ вертикального проектирования –основан на использовании вертикального визирного луча,создаваемого измерительным средством.

Способ горизонтальных углов– способ измерения деформаций, основанный на использовании способа угловой засечки.

Способ координат– способ измерения деформаций, основанный на использовании способов угловой и линейной засечки с системы точек, объдиненных, чаще всего, в полигон вокруг наблюдаемого объекта.

Способ створа– способ измерения деформаций, основанный на измерении перемещения точек объекта относительно неподвижной линии (створа).

Способы определения напряженно-деформированного состояния: оптический, реологический, ультразвуковой, радиометрический, тензометрический, фотоупругих датчиков.

Стереофотограмметрическое нивелирование– нивелирование, основанное на использовании фототеодолитной съемки.

Техническое задание– состав требований заказчика работ, согласованных с исполнителем, в которых определяется необходимая точность измерений и их периодичность.

Точность измерений –качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Тригонометрическое нивелирование– нивелирование с помощью наклонного визирного луча.

Цикличность наблюдений(см. периодичность наблюдений)–частота наблюдений в установленный период времени (в месяц, в год, в квартал и т.п.), либо календарный план наблюдений, определенный сравнительно фиксированными датами наблюдений, приуроченными к технологическим или природным событиям.

Частотные наблюдения –часто повторяемые серии наблюдений на профильных линиях, либо на инженерных сооружениях с промежутками во времени не более одного месяца с целью определения отдельных параметров сдвижения, характера деформаций исследуемого объекта.