10552
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образова-
ния «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Г.А. Шеховцов
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям по дисциплине «Инженерная геодезия»
для обучающихся по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология, профиль Стандартизация и сертификация
Нижний Новгород
2016
2
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образова-
ния «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Г.А. Шеховцов
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям по дисциплине «Инженерная геодезия»
для обучающихся по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология, профиль Стандартизация и сертификация
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
3
УДК
Шеховцов Г. А. Инженерная геодезия [Электронная версия]: учеб.-мет. пос. / Г.А. Шеховцов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 100 с. ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)
Рассмотрены общие вопросы геодезии, основные геодезические приборы, методы линейных, угловых и высотных измерений. Показано решение типовых задач, имеющих массовое применение при геодезическом обслуживании строительства.
Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Инженерная геодезия» по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология, профиль Стандартизация и сертификация.
©Г.А. Шеховцов, 2016
©ННГАСУ, 2016
4
1. ВВЕДЕНИЕ
Название предмета – «Инженерная геодезия».
Форма проверки знаний – зачёт и экзамен. Рекомендуемая литература:
Основная: Клюшин, Е. Б. Инженерная геодезия: Учебник для студентов вузов / Е. Б. Клюшин, М. И. Киселев, Д. Ш. Михелев, В. Д. Фельдман – М.:
Академия, –2008. – 480 с.
Федотов, Г. А. Инженерная геодезия: Учебник для студентов вузов / Г. А.
Федотов. – М.: Высш. шк., – 2007. – 464 с.
Обязательная: Шеховцов, Г. А. Инженерная геодезия. Методические указания по выполнению расчётно-графических работ № 1, 2, 3. / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова // – Н. Новгород: ННГАСУ, –2009.
Шеховцов, Г.А. Инженерная геодезия. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов общетехнического факультета / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова // – Н. Новгород: ННГАСУ, –2010.
1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОДЕЗИИ
Геодезия (от греческого слова «землеразделение: гео – земля, дазоман – делю) – это наука об измерениях, проводимых с целью:
•изучения фигуры и гравитационного поля Земли и планет Солнечной системы (высшая геодезия и космическая геодезия);
•изображения земной поверхности в виде карт, планов и профилей (кар-
тография и топография);
•решения разнообразных задач при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений (инженерная геодезия);
•обеспечения нужд обороны страны.
Кроме того, изучением жидкой оболочки Земли (океаны, моря, их берега и дно) занимается гидрография. Фотограмметрия рассматривает способы использования в геодезии фотографии, а маркшейдерское дело – это подземная геодезия.
Решение перечисленных задач осуществляется с помощью геодезических измерений с использованием специальных геодезических приборов.
1.2. ЦЕЛИ КУРСА ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОДЕЗИИ В ННГАСУ
1.Подготовить студентов к решению типовых задач, имеющих массовое применение при геодезическом обслуживании строительства.
2.Научить пользоваться топографо-геодезическими материалами при проектировании строительных объектов.
3.Дать представление о составе и методах решения общих вопросов геодезии.
5
1.3. ВИДЫ ЗАНЯТИЙ
Лекции – ведение конспекта помогает отделять в изучаемом материале главное от второстепенного.
Лабораторные работы – объём заданий рассчитан на их выполнение в отведенные часы занятий. Перед каждым лабораторным занятием необходимо проработать соответствующую часть теоретического курса по конспекту лекций и учебнику.
Расчетно-графические работы – выполняются студентами самостоятельно с использованием методических указаний по РГР.
Консультации – служат для разрешения возникающих в процессе обучения вопросов.
Учебная геодезическая практика – проводится весной (ранняя) и летом в городе и спортивно-оздоровительном лагере ННГАСУ.
1.4. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ ГЕОДЕЗИИ. РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ ГЕОДЕЗИИ
Студенты знакомятся с этим разделом самостоятельно по любому учебнику.
2. ФИГУРА И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ
Знание фигуры и размеров Земли необходимо прежде всего для правильного изображения земной поверхности в виде карт и планов.
71% земной поверхности занимают океаны и моря, поэтому общую фигу-
ру Земли (так называемый геó ид) образует основная уровенная поверхность.
Это мысленно продолженная под материками поверхность океанов в спокойном состоянии. Поверхность геó ида в любой его точке перпендикулярна к направлению действия силы тяжести.
Вземной коре (толщина которой 6–70 км) массы распределены неравномерно, что вызывает изменения направления действия силы тяжести (так называемые уклонения отвеса). В уклонениях отвеса нет определенной закономерности, поэтому фигура геó ида не имеет правильной геометрической формы и математического выражения.
Всвязи с этим поверхность геó ида заменяют математической поверхностью эллипсоида вращения. Эта поверхность получается от вращения эллипса АВА1В1 вокруг малой оси ВВ1 . Эллипсоид, наилучшим образом подходящий к геó иду и правильно ориентированный в теле Земли, называется референц-
эллипсоидом.
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
В |
Изучение формы математической поверхности |
|||||
|
|
|
Земли сводится к определению размеров полу- |
||||
|
|
b |
осей а и b и полярного сжатия α эллипсоида: |
||||
А |
|
|
А1 |
α = |
a − b |
. |
|
|
а |
||||||
|
a |
||||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Размеры а, |
b |
и α определялись учеными |
||
|
|
|
разных стран (Франция – 1800 г., Германия – |
||||
|
В1 |
||||||
|
1841 г., Англия 1880 г., Россия 1893 г., США – |
||||||
|
|
|
|||||
|
|
|
1909 г, СССР – 1940 |
г.). |
|
||
Внашей стране с 1946 г. специальным постановлением Правительства утвержден эллипсоид Красовского Ф. Н. (1878–1948), размеры которого были вычислены в 1940 г. и составляют:
а= 6378245 м, b = 6356863 м, α = 1:298,3.
Вдальнейшем эти размеры были подтверждены соответствующими наблюдениями за искусственными спутниками Земли.
Для решения большинства задач инженерной геодезии за фигуру Земли принимают сферу радиусом 6371,11 км.
2.1. ВЫСОТЫ ТОЧЕК ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
Высотой точки НА или НВ |
называется расстояние её по отвесной ли- |
||||
нии от уровенной поверхности, принятой за начало счета высот. |
|
|
|||
|
|
В |
Абсолютные высоты в |
||
h |
|
нашей стране |
отсчитываются |
||
|
|
||||
А |
|
от нуля Кронштадтского фут- |
|||
|
HB |
||||
|
HA |
штока (горизонтальной |
черты |
||
|
|
на медной пластине, прикреп- |
|||
|
|
|
|||
|
|
|
ленной к устою моста в г. |
||
|
|
|
Кронштадте). |
|
|
|
|
|
Условные |
высоты |
отсчи- |
|
|
|
тываются от условно выбран- |
||
|
|
|
ной уровенной поверхности. |
||
Превышение одной точки над другой h равно разности их высот: |
|
||||
h = НВ – НА .
Отметка точки – это численное значение её высоты.
2.2. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ
Рельефом называется совокупность разнообразных неровностей земной поверхности. Все формы рельефа можно разделить на 5 групп: гора, котлови-
на, хребет, лощина и седловина.
7
|
3 |
4 |
|
2 |
|
|
5 |
|
|
|
|
1 |
г о р а |
6 |
|
|
3 (вершина), 1, 6…( подошва), 2, 4, 5…(
Горой называется возвышенность конической формы. Боковые поверхности горы называются скатами, которые в нижней части заканчиваются подошвой. Характерные точки и линии горы:
перегибы скатов); линия подошвы.
|
|
|
Котловиной называют углуб- |
|||
1 |
|
5 |
ление |
конической |
или чашеоб- |
|
котловина |
разной формы. Боковые поверх- |
|||||
|
|
|||||
|
|
|
ности |
котловины |
называются |
|
|
4 |
|
скатами, которые в верхней части |
|||
|
2 |
|
заканчиваются бровкой. Харак- |
|||
|
|
|
||||
|
3 |
|
терные точки и линии котловины: |
|||
|
|
|
1, 5...(бровка), 3 (дно), 2, 4... (пе- |
|||
|
|
|
регибы скатов); линия бровки. |
|||
Хребет представляет собой возвышенность удлинённой формы, постепенно понижающуюся в одном направлении. Линию вдоль хребта, проходящую по самым высоким точкам, называют водоразделом, а бока хребта – скатами. Характерные точки хребта: перегибы линии водораздела в горизонтальной и вертикальной плоскостях и перегибы скатов.
Лощина – углубление удлинённой формы, понижающееся в одном направлении. Линию вдоль лощины, проходящую по самым низким точкам, называют водосливом или тáльвегом, а бока лощины – скатами. Характерные точки лощины: перегибы линии водораздела в горизонтальной и вертикальной плоскостях и перегибы скатов.
|
Вершина |
Седловина представляет собой |
||
Вершина |
Водораз- |
пониженную часть |
местности |
|
между вершинами двух соседних |
||||
|
||||
|
делы |
|||
|
гор. В её характерной точкой 1 |
|||
|
|
|||
|
1 |
могут сходиться |
водоразделы |
|
|
седловина |
двух хребтов и расходиться водо- |
||
Водосливы |
сливы двух лощин. |
|
||
Для изображения рельефа местности необходимо прежде всего определить местоположение, т. е. координаты Х, У, а также высоты Н характерных точек этой местности. Такое множество точек с известными координатами и высотами образует цифровую модель рельефа ЦМР. Эти модели в настоящее время обрабатываются с использованием специальных программ, компьютерной техники и графопостроителей.
Существуют различные способы изображения рельефа на планах и кар-
тах: перспективный способ, способ числовых отметок, штриховой, способ
8
отмывки, пунктирный. Основным способом изображения рельефа на планах и картах является способ горизонталей.
2.3. ИЗОБРАЖЕНИЕ РЕЛЬЕФА ГОРИЗОНТАЛЯМИ
Горизонталью называется кривая, проходящая через точки земной поверхности с одинаковыми высотами. Примером горизонтали может служить береговая линия стоячей воды.
Рассечём часть физической поверхности Земли уровенными поверхностями, равноотстоящими по вертикали одна от другой. Следы сечений образуют горизонтали, которые спроектируются на горизонтальную плоскость М в виде замкнутых линий.
Расстояние h по вертикали между секущими поверхностями (между соседними горизонталями) называется высотой сечения рельефа. В геодезии применяются стандартные высоты сечения рельефа: 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 2,5; 5,0 м и более.
Каждая горизонталь имеет свою отметку, кратную высоте сечения рельефа. Горизонтали, имеющие одинаковые отметки, называются одноимёнными. Расстояние а между соседними горизонталями на плане или карте называется
заложением.
Свойства горизонталей:
1.Горизонтали являются замкнутыми кривыми.
2.Горизонтали между собой не пересекаются.
3.Заложение горизонталей характеризует крутизну ската.
Недостатком способа горизонталей является однообразие в изображении различных форм рельефа.
9
Для отличия одной формы рельефа от другой (например, горы от котловины или хребта от лощины) применяют бéргштрихи – короткие черточки (не более 1 мм), указывающие направление ската. Для повышения наглядности рисунка рельефа и облегчения счёта горизонталей утолщают (до 0,25 мм) на плане (карте) каждую пятую горизонталь для h = 1,0; 2,0; 5,0 м и каждую четвертую горизонталь для h = 0,25; 0,5; 2,5 м.
Отметки утолщенных и некоторых других горизонталей подписывают, причем верх цифр располагают в сторону повышения ската. Указывают также отметки характерных точек рельефа (вершины горы, дна котловины, самой низкой точки седловины и др.).
Крутизна ската местности представляет собой угол ν, образуемый направлением ската с горизонтальной плоскостью.
Согласно третьему свойству горизонталей, о крутизне ската можно судить по заложению а и выразить её в градусах:
ν 0 ≈ 600 h
a
,
или как уклон i в «тысячных» (или процентах):
i = tgν = h . a
При одной и той же высоте сечения рельефа h крутизна ската тем больше, чем меньше заложение а и наоборот.
10
На планах (картах) крутизну ската определяют по направлению перпендикулярному к горизонталям. По другим направлениям характеризуют крутизну отдельных линий местности. Так, крутизна линии А– 1 наибольшая, а линии А– 3 наименьшая среди данных трёх линий.
Зная высоту сечения рельефа h, можно из точки А провести линию заданного проектного уклона iпр . Для этого следует вычислить соответствующее ему проектное заложение а и отложить его в масштабе плана последовательно от точки А между каждой парой соседних горизонталей.
Для определения крутизны линий местности, в том числе и крутизны скатов, служат специальные графики (масштабы) заложений, изображённые на листах карты или построенные самостоятельно. Так, масштаб заложений для углов наклона можно построить следующим образом. На горизонтальной линии откладывают углы наклона ν . Затем по формуле