1.5.6.Линейно-угловые построения для наблюдения за деформациями

1.5.6.1. Виды специальных сетей и особенности их построения

Линейно-угловые построения применяют для определения горизонтальных смещений сооружений или отдельных их частей, когда величины смещений необходимо знать по двум координатам.

Линейно-угловые построения для этих целей могут развиваться в виде:

• специальных сетей триангуляции и трилатерации,

• комбинированных сетей,

• угловых и линейных засечек,

• ходов полигонометрии.

Применение того или иного вида построения зависит от характера сооружения, его геометрической формы, требуемой точности и условий измерений, организационных и других факторов. Так, например, угловую или линейную засечку применяют для определения смешений недоступных точек сооружений, а триангуляцию и полигонометрию - для протяженных сооружений криволинейной формы. Во многих случаях применяют комбинированные схемы, в которых триангуляция или трилатерация используются для определения устойчивости исходных пунктов и временных координат вспомогательных точек, с которых методом засечек или полигонометрии определяются смещения точек на сооружении (пример такой схемы на рис. 159).

Применительно к измерениям деформаций каждый из видов линейно-угловых построений обладает рядом специфических особенностей. Однако для всех видов характерным является постоянство схемы измерений и необходимость получения в конечном итоге не самих координат деформационных точек, а их изменений во времени, т.е. разностей координат в m-ом и k-ом циклах.

Рисунок 159- Схема определения смещения точек на сооружении методом

засечек

Для специальной триангуляции характерна высокая точность измерения углов (0.5 - 2”) при коротких сторонах. Длины сторон сети в зависимости от протяженности сооружения и других условий могут колебаться от 0.2 до 2.0 км, связующие углы должны быть не менее .

Исходя из конкретных условий , триангуляцию строят в виде геодезических четырехугольников , центральных систем и сложных сетей с большим количеством измеренных направлений между пунктами. Пример сложной схемы сети для наблюдений за смещениями бетонной и земляной плотин Цимлянского гидроузла показан на рис.160.

Для контроля масштаба сети в начальном цикле измеряют две базисные стороны. В последующих циклах, если длины базисных сторон не изменяются в известных пределах, то используют их значение из начального цикла. Допустимое относительное изменение длины базисов в этом случае может быть подсчитано по приближенной формуле:

где - наибольшая ожидаемая величина смещения;-соответствующая часть средней квадратической ошибки смещения.

Рисунок 160 – Схема сложной сети триангуляции для наблюдений за смещениями плотины

Уравнивание специальных сетей триангуляции производится строгими способами. При сохранении схемы измерений неизменной для уменьшения вычислений уравнивание выполняют по дифференциальным формулам. Координаты пунктов вычисляют в условной системе.

Сети трилатерации, в которых измеряются только длины сторон, для определения смещений сооружений применяются сравнительно редко.

Для определения смещений сооружений могут быть использованы специальные сети из вытянутых треугольников. В этих сетях наряду с длинами сторон l_i, измеряются высоты h_i треугольников (рис. 161). Сети из вытянутых треугольников с измеренными высотами могут быть построены или вытянутыми (рис. 3) или кольцевой формы (рис. 162) .

Рисунок 161 – Схема из вытянутых треугольников

Рисунок 162 – Кольцевая сеть вытянутых треугольников

Сети первого вида (рис. 161) применяют для прямолинейных сооружений большой протяженности, второго - для сооружений кольцевой формы. Технически наиболее совершенны сети из примерно равных по форме и по размерам вытянутых треугольников. В отдельных случаях, когда смещение требуется определить по заданным направлениям, в повторных циклах можно ограничиться измерением одних лишь высот треугольников.

Полигонометрия при измерении смещений сооружений применяется в основном в виде одиночных ходов, опирающихся на твердые пункты. Особенностью ходов является невозможность в ряде случаев осуществить азимутальную привязку, т.е. измерить примычные углы на опорных пунктах. Поэтому используют лишь координатную привязку. Для упрощения измерений и вычислений длины сторон полигонометрии делают одинаковыми. В отдельных случаях, когда смещения требуется определить лишь в направлении, перпендикулярном к направлению вытянутого хода, измеряют только поворотные углы на определяемых пунктах. Длины сторон берут графически с плана или определяют в начальном цикле приближенно и в дальнейшем считают неизменными.

1.5.6.2.Створные измерения

1.5.6.2.1.Общие сведения

Под створными измерениями понимают совокупность действий по определению положения одной или нескольких точек относительно прямой линии, задающей створ. При этом рассматриваются два случая: когда требуется зафиксировать положение точки на створе и когда требуется найти ее отклонение от створа. В практике второму случаю отдается предпочтение как более точному.

Если принять створную линию, соединяющую конечные точки створа, за ось абсцисс, то измеряемые уклонения (нестворности) промежуточных точек - суть их ординаты. Причем абсциссы створных точек всегда значительно больше их ординат.

Классифицировать створные измерения целесообразно по следующим признакам: какие элементы измеряют, в какой последовательности и с помощью каких средств.

Первый признак характеризует методы, второй - схемы, третий - способы измерений.

Створные измерения - комбинации разнотипных шагов. Шаг представляет собой частный створ, от крайних точек К и j которого одним из известных методов определяется нестворность промежуточной точки i (рис.163).

Рисунок 163 – Схема построения частного створа

Такой шаг можно описать тройкой чисел К, i, j, соответствующих номерам точек в створе. Тогда схема створных измерений может быть однозначно описана последовательностью троек чисел, определяющей связь между и уклонениямиот общего створа (0,n+1).

Все существующие способы створных измерений можно разделить условно на две группы: первая- в основе лежит использование оптических средств и принципов физической оптики, вторая- в основе лежит использование оптико-механических средств.

1.5.6.2.2.Методы створных измерений

Метод подвижной марки. Величина нестворности измеряется с помощью подвижной марки (рис.164,а).

Для чего в точке К устанавливают алиниометр (оптический прибор, задающий прямую линию), коллимационная плоскость которого, ориентируясь по марке в точке j, задает створную линию (рис. 164).

Рисунок 164 – Методы створных измерений: а) подвижной марки;

б) подвижного приемника света; в) малых углов; г) полигонометрии.

Подвижная марка, установленная в определяемой точке i, вводится в створ. Положение подвижной марки, когда ось симметрии ее мишени находится в створе, фиксируется по отсчетному устройству. Одно или несколько таких введений составляют один полуприем. Второй полуприем производится по той же схеме, но при другом положении алиниометра и концевой марки. Нестворность в полуприеме, в зависимости от конструкции подвижной марки и принятого правила знаков, вычисляется по формуле:

или

где - средний отсчет по шкале марки в полуприеме;

-место нуля марки, или отсчет по ее шкале, соответствующий совпадению оси симметрии мишени с осью вращения.

Место нуля марки обычно определяют заранее. Окончательное значение нестворности вычисляют как среднее из двух полуприемов.

В полуприеме следует делать не более четырех введений марки в створ.

Метод подвижного приемника света. Нестворность можно вычислить, если измерить величину r на точке К и расстояния S1 и S2 (рис.164,б). Величину r измеряют с помощью алиниометра, имеющего возможность перемещаться перпендикулярно к створу относительно центра знака. Вычисления производят по формуле:

Точность измерения расстояний S1 и S2 в зависимости от требуемой точности определения нестворности выражается формулой:

При всех равных условиях метод подвижного приемника света несколько точнее метода подвижной марки. Однако применение его ограничено диапазоном отсчетного устройства алиниометра.

Метод малых углов. В этом методе нестворность определяют путем измерения угла между линией створа и направлением на определяемую точку и измерения расстояния S₁ от угломерного инструмента до определяемой точки (рис.164, в).

Величину нестворности вычисляют по формуле:

,

или, по малости угла

Точность измерения расстояния S₁ в зависимости от требуемой точности определения нестворности выражается формулой:

Метод полигонометрии. В этом методе измеряют угол при определяемой промежуточной точке i и расстояний S₁ и S₂ от нее до точек К и j , задающих створ (рис.6, г). Так как угол незначительно отличается от , то с ошибкой , не превышающей 0.0001, нестворностьвычисляют по формуле:

Точность измерения расстояний S₁ и S2, в зависимости от требуемой точности определения нестворности, выражается формулой:

При всех равных условиях метод полигонометрии точнее метода малых углов, особенно для точек, расположенных в середине створа. Однако для достижения необходимой точности определения угла требуются более сложные методика и средства измерения.