14. Микронивелирование. Определение места нуля и превышений ([1]-стр.301-305, [2]-стр. 184-186, [3]-стр.317-318).

15. Гидростатическое нивелирование. Физические основы гидростатического нивелирования. Определение места нуля и превышений

Гидростатическое нивелирование заключается в определении разности высот точек земной поверхности или инженерных сооружений путем использования основных свойств жидкости и законов гидростатики:

1. Свободная поверхность жидкости всегда перпендикулярна направлению силы тяжести;

2. В сообщающихся сосудах свободная поверхность жидкости при одинаковом атмосферном давлении, плотности и скорости течения, всегда находится на одинаковом уровне не зависимо от поперечного сечения сосудов и массы жидкости.

Из основного закона гидростатики следует, что в сообщающихся сосудах

где P₁ и P₂ –амосферное давление в сосудах, g- ускорение силы тяжести,

ρ₁ и ρ₂ – плотности жидкости, которая зависит от температуры, h₁и h₂ –высоты столбов жидкости.

При одинаковом атмосферном давлении, одинаковом ускорении силы тяжести, одинаковой плотности, поверхность жидкости в сообщающихся сосудах устанавливается на одной высоте, т.е. h₁=h₂

Гидростатический нивелир представляет собой систему из двух сообщающихся сосудов, устанавливаемых на нивелируемые точки (марки). Превышения h (рис. 3.7) измеряют при прямом и обратном положении сосудов [9, 110].

Если отсчетам по микрометренным винтам присваивать название "заднего" и"переднего", то согласно рис. 3.9, а, превышение между точками А и В составит

h = (d₁ - З₁) - (d₂ - П₁),

где З₁ и П₁ - отсчеты по головкам заднего и переднего сосудов;

d₁ и d₂ - расстояние от нуля шкалы до плоскости сосудов, или

h = (П₁ - З₁) - (d₁ - d₂). (3.24)

При перестановке сосудов местами (рис. 3.9, б), аналогично получим

h = (П₂ - З₂) - (d₁ - d₂). (3.25)

Разность d₁ - d₂ является местом нуля (МО) прибора. Суммируя и вычитая выражения (3.24) и (3.25), находят

(3.26)

16. Стационарные гидростатические системы и переносные приборы

Методы гидростатического и гидродинамического нивелирования являются менее распространенными при установке конструкций и изучении осадок сооружений и оснований, чем метод геометрического нивелирования, но для ряда объектов и условий контроля являются предпочтительными. Наибольшее применение они находят благодаря своим достоинствам:

• обращение с оборудованием и производство измерений не требуют высокой квалификации исполнителей;

• возможность определения осадок точек, доступ к которым затруднен и в некоторых случаях вообще отсутствует;

• при использовании гидростатических стационарных систем время и трудозатраты на непосредственное измерение осадок значительно меньше, чем при геометрическом нивелировании;

• возможность автоматизации процессов измерений;

• в благоприятных условиях точность гидростатического нивелирования может быть более высокой, чем при геометрическом нивелировании.

В то же время гидростатические приборы и системы имеют и ряд серьезных недостатков, не позволяющих использовать их широко в практике контроля деформаций многих объектов промышленных предприятий. К ним относятся:

- колебание температуры, которое приводит к изменению плотности жидкости, а следовательно, и высот столбов жидкости, что не позволяет применять повсеместно гидростатический метод в производственных цехах, особенно это проявляется в системах с перераспределением жидкости;

- влияние вибрационных нагрузок от работающего оборудования на точность отсчитывания, что не позволяет применять этот метод на сооружениях и оборудовании со значительными динамическими нагрузками;

- малый диапазон измеряемых превышений, что затрудняет работы по установке КИА и использование метода при больших осадках и деформациях;

- большие затраты на установку, проверку и обслуживание автоматизированных систем контроля, что выгодно только при непрерывном контроле или периодическом контроле с высокой частотой замеров;

• отсутствие общепринятых классов и методик гидростатического, гидродинамического нивелирования и приборов с перераспределением жидкости, что затрудняет метрологическое обеспечение геодезических работ.

Исходя из перечисленных выше преимуществ и недостатков, переносные приборы гидростатического нивелирования целесообразно применять при установке в проектное положение оборудования, измерении осадок объектов с летучим или периодическим контролем, где требуются точности измерения превышений выше, чем это может обеспечить геометрическое нивелирование.

Стационарные гидростатические и гидродинамические системы целесообразно применять при измерении осадок объектов с непрерывным или частым периодическим контролем и требуемой высокой точностью измерений. При этом температурные и вибрационные нагрузки на систему должны быть незначительными. Автоматизированные стационарные системы, дополнительно к сказанному, целесообразно создавать и при контроле деформаций сооружений на разных уровнях и в разных помещениях, что позволит значительно ускорить и удешевить съем информации.

Стационарные и переносные приборы и системы состоят из следующих основных частей:

1. сосудов (они не должны иметь капилярность, изготовлены из стекла для просматривания мениска жидкости, одинаковый диаметр);

2. соединительные шланги (гибкие, иногда термоизолированные, одного диаметра, не иметь перегибов) или трубы;

3. клапана для перекрытия шлангов во время переноски сосудов;

4. устройства для обнообразной установки сосудов перпендикулярно оси сосуда;

5. микрометренные устройства для отсчитывания.

Конструктивные особенности гидростатических нивелиров зависят от предназначения прибора, требуемой точности и диапазона измерения превышений, условий измерений.

Гидростатический нивелир Мейссера состоит из двух гидростатических сосудов (головок). Сосуды соединены шлангом. Измерение превышений заключается в следующем. Гидростатические сосуды с перекрытыми кранами 10 подвешиваются на реперные болты (марки) 4. Для этого оттягивается правый верхний фиксирующий винт и сосуд посадочным местом 3 (пятка прибора) устанавливается на реперный болт 4, после чего фиксирующий винт опускается. Нижняя часть сосуда охватывается хомутом 12, и юстировочными винтами 13 пузырек круглого уровня 2 приводится в нуль пункт. Открывают краны 10 и дожидаются стабилизации положения уровней жидкости в сосудах (для данного прибора время стабилизации жидкости около 3 минут).

Таблица П.3.1