авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Разработка метода определения поверхности скольжения оползня по данным геодезического мониторинга

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Кузнецов Александр Игоревич

РАЗРАБОТКА МЕТОДА

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ СКОЛЬЖЕНИЯ ОПОЛЗНЯ ПО ДАННЫМ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Специальность 25.00.32 – Геодезия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный университет по землеустройству».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Баранов Владимир Николаевич.
Официальные оппоненты: Клюшин Евгений Борисович доктор технических наук, профессор, Московский государственный университет геодезии и картографии, кафедра прикладной геодезии, профессор; Писаренко Владимир Кондратьевич кандидат технических наук, доцент, Московская государственная академия коммунального хозяйства и строительства, кафедра геодезии, заведующий кафедрой
Ведущая организация: ФГУП Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъёмки и картографии им. Ф.Н. Красовского.

Защита состоится 28 марта 2013 года в 10.00 на заседании диссертационного совета Д 212.143.03 при Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) по адресу: 105064, г. Москва, Гороховский переулок, д. 4, зал заседаний Учёного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИГАиК.

Автореферат разослан 26 февраля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Климков Юрий Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Развитие городов и сельских населённых пунктов сопровождается хозяйственным освоением новых территорий, включая площади, поражённые оползневыми процессами. Эффективное использование таких земель требует изучения геометрии и динамики оползней в рамках инженерных изысканий.

Важной геометрической характеристикой оползневого тела является его высота (глубина) – разность высот поверхности земли и подстилающей поверхности, называемой далее поверхностью скольжения оползня (ПСО). Информация о ПСО имеет большое значение для понимания строения оползня, его геологической истории и перспективы развития. Сведения о глубине оползня участвуют в оценке устойчивости склона и оползневого давления. Они необходимы при организации противооползневой защиты территории и оценке её эффективности. Так же высоты поверхности скольжения нужно знать для обхода оползневого тела при проходке тоннелей и коллекторов. Ошибки в определении высот ПСО либо необоснованно удорожают проекты, либо способствуют авариям после их осуществления (разрыв коммуникаций, разрушение подпорных стенок и т.п.).

Задача определения формы ПСО входит в состав инженерно-геодезических изысканий, однако в настоящее время ею занимаются главным образом геологи на основе проходки горных выработок. Серьёзным недостатком такого подхода является высокая стоимость буровых (земляных) работ. При этом точность определения глубины ПСО редко превышает 1 метр, что является худшим показателем среди других геометрических и кинематических характеристик оползня. В этой связи требуется разработка новых точных и экономичных методов определения формы ПСО для повышения эффективности инженерных изысканий на оползневых склонах.

Объект и предмет исследования – объектом является оползневое тело, предметом – поверхность скольжения оползня (ПСО).

Цель работы – разработка метода определения высот ПСО по данным геодезического мониторинга.

Основные задачи исследования:

  1. анализ проблемы на основе опубликованных материалов;
  2. разработка теории метода определения высот ПСО по данным геодезического мониторинга;
  3. разработка методики косвенного измерения высот ПСО.

Методы исследований: математический анализ, аналитическая геометрия, теория ошибок измерений, статистический анализ, натурный эксперимент.

Научная новизна работы. Разработан и внедрён метод определения высот ПСО по данным наземного геодезического мониторинга.

Практическая ценность работы. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика косвенного измерения высот ПСО глубоких оползней скольжения и выдавливания с необходимой для решения инженерных задач точностью.

На защиту выносятся следующие научные результаты:

  1. расчётный метод определения высот ПСО по результатам геодезического мониторинга земной поверхности: исходные постулаты, алгоритмы обработки данных, оценка точности входных и выходных данных;
  2. методика измерения высот ПСО на основе геодезического мониторинга.

Публикации и апробация работы. Результаты диссертационных исследований доложены на общероссийских и международных конференциях: GEOFORM (Москва, 2009), ГУЗ (Москва, 2009 [3], 2010 [5]), МИИГАиК (Москва, 2010), ПНИИИС (Москва, 2009 [2], 2010 [4], 2011 [9]).

По оползневой тематике опубликовано 9 статей, из них три [6-8] – в рецензируемых журналах ВАК. Результаты внедрены в производство ООО «Экостроймониторинг» [9] и использованы в учебном процессе на кафедре Геодезии и геоинформатики ГУЗ.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений и библиографического списка. Общий объём диссертации составляет 168 страниц, в том числе 34 рисунка, 3 таблицы и 5 приложений (35 страниц). Библиографический список содержит 71 наименование.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава «Основания для изучения поверхности скольжения оползня (ПСО) по векторам смещений деформационных пунктов» посвящена постановке задачи диссертационного исследования.

Объектом исследования является оползневое тело. В диссертации приводятся классификации оползневых процессов: по структуре оползневого тела и ПСО (асеквентные, инсеквентные и консеквентные), по механизму смещения пород (оползни сдвига, выдавливания, вязкопластические...), по стадии процесса (подготовка смещения, основное смещение, временная стабилизация...). Циклический характер большинства оползневых процессов влияет на способы их познания, предполагая широкое использование мониторинга.

Предметом диссертационного исследования является геометрия ПСО – нижней границы между смещающимися и неподвижными породами. В работе приводится обзор возможностей существующих методов изучения ПСО и даны сведения об их точности. Установлено, что в обычной практике инженерных изысканий достаточная точность определения высот ПСО составляет 1 м.

В основу геодезического метода определения ПСО, рассматриваемого в диссертации, положена гипотеза о параллельности вектора смещения пункта, расположенного на поверхности земли, и касательной к ПСО в соответствующей точке (рисунок 1). Оползневое тело считается недеформируемым, смещающимся по одной поверхности скольжения. Деформационные пункты принимаются идеальными индикаторами оползневого смещения, а характер изменения кривизны ПСО между ними считается известным.

На базе этих постулатов советскими учёными было предложено несколько алгоритмов построения ПСО по данным геодезического мониторинга: Г.Л. Фисенко (1956), И.О. Тихвинский (1977), Г.И. Лебедь (1980). Эти алгоритмы, используя приближённый графический путь решения, не удовлетворяли метрологическому требованию Единства измерений, т.к. не предусматривали полноценной оценки точности результатов (отсутствовала связь между точностью входных и выходных данных). Этот недостаток стал препятствием к широкому распространению метода изучения ПСО по векторам смещений пунктов.

В заключение главы приводится оценка целесообразности разработки нового геодезического метода для изучения геометрии ПСО. Основными его преимуществами признаны системность и экономичность, а основными проблемами, требующими решения – недостаточная теоретическая база и отсутствие методического обеспечения. Учитывая достоинства идеи, автор счёл необходимым разработку метода определения высот ПСО по векторам смещений деформационных пунктов и методики его применения.

Во второй главе «Основы теории метода определения высот ПСО по векторам смещений пунктов» даны основные понятия и выведены формулы для оценки случайной погрешности метода.

При определении высот ПСО по векторам смещений пунктов реализуется тригонометрический принцип – превышение находят через угол наклона хорды и расстояние между точками (рисунок 1).

Способ вычисления тангенса угла наклона хорды зависит от исходной модели линии скольжения. Основанием для выбора модели является тип оползня и качество используемой геодезической информации. Если принять модель ПСО в виде дуги окружности, предполагая линейное изменение наклона ПСО (асеквентные оползни сдвига или низкая достоверность измерений), получим:

(1)

где , – дирекционный угол и горизонтальное проложение линии; – углы наклона векторов смещения в соответствующих точках;

– дирекционные углы максимального наклона ПСО;

– угол наклона проекции вектора смещения K на створ K-(K+1);

– угол наклона проекции вектора смещения K+1 на створ (K+1)-K
(рисунок 1).

Если считать линию скольжения параболой (оползни выдавливания), то:

(2)

где – уклоны векторов смещения.

Необходимость учёта возникает в связи с проектированием векторов смещений на направление нивелирования. Параметр соотносится с направлением падения мезорельефа оползня и определяется по горизонталям топографического плана.

Если в направлении смещения построить профиль по нескольким деформационным пунктам и знать высоту ПСО в одном из них , то можно найти высоты других точек поверхности скольжения:

, (3)

где – высота определяемой точки k на поверхности скольжения;
– сумма превышений по ПСО от исходной точки до определяемой.

Метод получения высот ПСО по результатам геодинамических измерений (векторам смещений пунктов) обладает следующей особенностью – поверхность скольжения можно определить только у движущегося объекта. Поэтому в качестве краткого названия автором диссертации предложен термин динамическое нивелирование, наилучшим образом отражающий сущность метода.

На основе выражения (2) в диссертации выведена формула для суммы превышений в ходе динамического нивелирования:

, (4)

где k, r – порядковый номер и число пунктов в ходе; – проекция линии (k-1)-(k+1) на направление максимального наклона ПСО в точке k; – максимальный уклон ПСО в точке k; – превышение на ПСО (рисунок 2: ).

 роекции векторов смещений 1, 2 и 3 на линию хода параллельны-28

На рисунке 2 проекции векторов смещений 1, 2 и 3 на линию хода параллельны соответствующим хордам 1-А, А-Б, Б-3, а слагаемые суммы (4) соответствуют превышениям на поверхности скольжения , , .

Найдём СКП функции (4):

. (5)

В диссертации выведены формулы, выражающие СКП максимального уклона ПСО через группы параметров: или . Во втором случае имеем:

, (6)

где дирекционные углы в точке k вектора смещения и направления максимального наклона ПСО; - дирекционный угол линии (K-1)-(K+1); и – уклон и тангенс дирекционного угла вектора смещения; ,, – СКП соответствующих параметров.

Применительно к продольным профилям, когда линия (K-1)-(K+1) совпадает с направлением смещения пунктов, , формула (5) примет вид:

, (7)

где – расстояние между соответствующими пунктами профиля;
– средний шаг профиля в районе пункта K; – горизонтальное проложение вектора смещения на пункте K; – СКП уклона вектора смещения пункта K; - СКП измеренных плановых и высотных смещений.

Для априорной оценки точности профильных сетей динамического нивелирования упростим формулу (7). Допуская равенство погрешностей одного превышения , получим:

, (8)

где - СКП одного превышения; r – число пунктов в ходе (профиле).

Для априорной оценки точности площадных сетей динамического нивелирования (пункты произвольно распределены по территории оползня) из формулы (5), приняв , получим СКП превышения в ходе :

, (9)

где , - СКП уклона вектора смещения k и среднее на объекте; – среднее приращение абсцисс между смежными пунктами сети в оползневой системе координат (ось совпадает с направлением смещения оползня); остальные обозначения – см. формулу (4).

Для постановки динамического нивелирования необходимо определить плотность сети на разных участках оползня и продолжительность мониторинга. Задавшись погрешностью одного превышения и погрешностью уклона ПСО , из формулы (7) получим средний шаг продольного профиля в районе пункта K:

, (10)

где – допустимая погрешностью определения высот ПСО; – числовое значение длины оползня в метрах; – продолжительность мониторинга; – ожидаемая скорость смещения оползня; – проектное число пунктов в профиле; остальные обозначения – см. формулы (6) и (7).

Из формулы (10) можно найти расчётную продолжительность наблюдений :

, (11)

где – средний шаг профиля; – предварительная оценка среднего наклона ПСО; – количество пунктов в профиле; остальные обозначения –
см. формулу (10).

В заключение второй главы проведён анализ влияния различных источников случайных погрешностей на результат динамического нивелирования и выработаны методические рекомендации для организации мониторинга:

• координаты X, Y, Z деформационных пунктов следует определять с точностью: мм, мм;

• зарегистрированное смещение оползня должно превышать 0,1 м;

• для уменьшения влияния погрешности пункты оползневой сети следует закладывать вдоль линий, ориентированных по направлению предполагаемого смещения оползня, и на удалении более 20 метров от его бортов;

• для уменьшения случайных погрешностей метода следует создавать деформационные сети с расстоянием по направлению смещения: в головной и подошвенной частях оползня , в зоне выноса .

В третьей главе «Методические погрешности динамического нивелирования» критически рассмотрены исходные постулаты метода.

Главное внимание уделено изменению кривизны ПСО. При использовании кусочно-круговой и кусочно-параболической моделей ПСО кривизна модели изменяется скачкообразно. Из-за несоответствия формы реальной ПСО и её теоретической модели, посчитанные по формуле (1) или (2) превышения будут содержать систематическую погрешность .

Для расчёта предлагается использовать высотные невязки трёхсторонних полигонов (на рисунке 3 – невязки ,,):

, (12)



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.