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滑动式测斜仪测试

[导读]近年来高速铁路、公路和水利工程项目众多,建设期及运行期的安全问题受到格外重视。

测斜仪(上海昌吉仪器)是一种监测岩土体水平位移的原位监测仪器,可用于观测各类工程不同深度的岩土体水平位移。滑动式测斜仪在监测过程中受到多方面因素的影响,存在各种误差。位移累加后,误差累积效应明显,影响了测斜仪测试精度,不能真实反映土体位移。对于深孔测斜仪测试技术,因环境变化大,测试时间长,存在测试过程中的零点漂移问题,误差修正问题尤显重要。



笔者研究发现: 部分测斜仪测试数据出现明显零点漂移问题,会导致深层位移方向与实际位移方向相反,位移量偏大或偏小。本文在现场测斜经验的基础上,结合现场测斜仪测试数据,分析了测斜误差来源,并对控制各类误差的测斜技术及零点漂移误差修正方法进行了探讨。


1 滑动式测斜仪

测斜仪是一种高精度角度测量仪器,按照使用方式可分为滑动式测斜仪和固定式测斜仪。固定式测斜仪造价昂贵、测点稀疏,工程监测中一般多应用于地理环境复杂、现场条件恶劣的高陡边坡。而滑动式测斜仪测点密集、成本低、方便易行,在工程界应用广泛。滑动式测斜仪由测头、读数仪、电缆和测斜管四部分构成。工作原理是: 传感探头逐段测量测斜管轴线与基准线的夹角,由三角函数关系可计算出每测段测斜管上下轮所在位置在某一方向发生的相对位移量,逐段累加后求得测斜管在不同深度的绝对位移量。


2 测斜仪测试误差种类

测斜仪的位移最小精度能达到0. 01 mm。受仪器本身、人为因素和现场环境影响,测斜仪测试误差主要包括系统误差、人为误差、环境误差三类。

系统误差主要包括: 零点偏置误差、零点漂移误差和旋转误差、测斜管在制造和安装过程中可能发生扭曲而产生的扭曲误差; 人为误差主要是指测斜仪在测量过程中操作不当产生的误差; 环境误差是指测斜仪受环境温度和湿度的影响产生的误差。三类误差之间相互影响,如环境改变( 温度) 和人为操作不当均会影响系统误差,故测斜仪测试误差是各种因素的综合体现。


3 误差控制

测斜仪系统误差来源主要有三部分,分别为测头( 探头) 、读数( 仪) 系统、测斜管。测头本身存在零点偏置误差,在使用过程中受机械震动和环境变化的影响,易产生零点漂移误差,零点漂移误差较大时需要修正。读数系统正常工作需要一定的电压区间,测量前需确保读数仪电量充足。测斜管在安装过程中需技术人员指导,在下放过程中要实时调整导槽方向,防止测斜管发生扭曲而产生扭曲误差。



4 结论

a. 滑动式测斜仪在使用过程中大体存在三类误差,分别为系统误差、人为误差、环境误差。各类误差之间并非孤立,而是相互影响的。

b. UBM 能有效消除零点漂移误差。测斜仪测试数据发生零点漂移问题时,可能出现位移曲线方向与实际位移曲线方向相反、位移量值偏大或偏小现象,通过UBM 方法可以得到较好修正。

c. UBM 中以曲代直简化思想使深孔测斜观测的误差修正工作量大大简化,有效解决了深孔长时间测试过程中传感器的数据漂移问题。简化修正值大于精确修正值,误差随孔深加大而增加,针对30 m 孔深,孔口误差小于15%,结果偏于安全。




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