滑動式測斜儀測試與誤差處理方法

1、第4l卷第6期2013年11月河海大學學報(自然科學版)JournalofHohaiUniversity(NaturalSciences)Vo141No6NOV2O13DOI：103876／jissn1000—1980201306008滑動式測斜儀測試與誤差處理方法李國維，胡龍生，王潤。，陳達章(1河海大學土力學與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇南京210098；2河海大學道路與鐵道工程科學研究所，江蘇南京210098；3河海大學巖土工程

2、科學研究所，江蘇南京210098；4國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇蘇州215000；5廣東省廣樂高速公路有限公司，廣東清遠511500)摘要：基于測斜儀工作原理，分析了滑動式測斜儀在使用過程中的誤差成因；針對測斜儀零點數據漂移問題，分別從零點漂移量恒定和零點漂移量變化兩種情況，導出了對應的修正公式，基于統(tǒng)一基準線修正法(UBM)，專門針對深孔測斜情況，應用以曲代直簡化思想解決零點漂移問題。工程實測數據應用表明，所提出修正

3、方法應用方便，計算結果偏于安全，精度滿足要求。關鍵詞：測斜儀誤差；測斜儀測試技術；零點漂移；統(tǒng)一基準線修正法中圖分類號：TU196文獻標志碼：A文章編號：1000—1980(2013)06一O511—07TestingofslipinclinometeranderrortreatmentmethodsLIGuowei一，HULongsheng一，WANGRun，CHENDazhang(1KeyLaboratoryofMinistryof

4、EducationforGeomechanicsandEmbankmentEngineering，HohaiUnive~ity，Nanjing210098，China；2HighwayandRailwayEngineeringResearchInstitute，HohaiUnive~ity，Nanjing210098，China；3GeotechnicalResearchInstitute，HohaiUniversity，Nanjing

5、210098，China；4PatentExaminationCooperationJiangsuCenterofthePatentOffice，SIPO，Suzhou215000，China；5GuangleExpresswayCo，Ltd，Qingyuan511500，China)Abstract：Basedontheoperatingprinciplesofaninclinometer，thefactorscausingerror

6、sofaslipinclinometerwereanalyzedToovercometheerrorscausedbyazeroshiftoftheinclinometer，thezeroshiftingconstantandthezeroshiftingvariableoftheinclinometerwereexamined，respectivelyTheformulasforcorrectingtheerrorswerederiv

7、edcorrespondinglyAsimplifiedmethodofreplacingstraightlineswithcurveswasusedtosimplifytheprocedureofcalculatingmeasureddataforthedeepborehole，inwhichthevariationofmeasurementconditionsaffectedthezeroshiftoftheinclinometer

8、，basedontheunifiedbaselinecorectionmethod(UBM)Theobservationdataobtainedfromrealconstructionverifythattheproposedcorectionmethodcanbeeasilyused，thecalculatedresultsareslightlyconservative，andtheprecisionmeetstherequireme

9、ntsKeywords：inclinometererror；inclinometrytechnique；zeroshift；unifiedbaselinecorrectionmethod近年來高速鐵路、公路和水利工程項目眾多，建設期及運行期的安全問題受到格外重視。測斜儀是一種監(jiān)測巖土體水平位移的原位監(jiān)測儀器，可用于觀測各類工程不同深度的巖土體水平位移J。邊坡工程可通過深層水平位移曲線判定滑動面位置及滑移方向和數量；軟基工程土體的側向水平

10、位移是評價地基處理效果的重要指標；深基坑工程墻壁土體的水平位移過大會危及周邊建筑物的安全。西方國家自20世紀60年代開始大量使用測斜儀；而我國在引進國外測斜儀的基礎上，隨著材料、傳感器、集成電路、計算機等高新技術的發(fā)展，至2O世紀9O年代，測斜儀測試技術應用研究也取得了顯著進展j?；瑒邮綔y斜儀在監(jiān)測過程中受到多方面因素的影響，存在各種誤差。位移累加后，誤差累積效應明顯，收稿日期：2013—01—08基金項目：國家自然科學基金(41272

11、327)；江蘇省自然科學基金(BK2011747)；廣東省交通科技重點項目(20050201)作者簡介：李國維(1964一)，男，黑龍江大慶人，副研究員，博士，主要從事軟基路堤變形和高邊坡穩(wěn)定性研究。Email：lgwnj@163con第6期李國維，等滑動式測斜儀測試與誤差處理方法513指導，在下放過程中要實時調整導槽方向，防止測斜管發(fā)生扭曲而產生扭曲誤差。32人為誤差控制人為誤差是指測斜工作者經驗不足和不良測量習慣而產生的誤差，其主要

12、來源于正反兩次測量時探頭相對位置不一致、拉測方向不相同以及數據記錄時讀數儀不穩(wěn)定。為了防止正反兩次測量對位不一，測斜儀測試過程中應選擇電纜標簽的同一點作為參考點與測斜孔孔口對齊并拉緊，必要時可于測斜管管口做相應的標記。理論上，拉測方向應與測斜管軸向保持一致。但由于測斜儀測試過程中存在定點問題，實測時難以達到要求。若選擇和量測方向一致的兩孔口導槽作為拉測方向控制點，測頭受力示意見圖2。測拉力，與測斜管軸線存在一定夾角，F分解為水平分力F和

13、豎直分力F，F與測頭自重G平衡，F等效于在量測方向施加了微小彎矩，測頭在量測方向發(fā)生偏轉，從而影響測斜儀測試數據的精確度；同理，若：墨拉測方向應選擇圖3中量向圖1或2。另外讀取數據時，需待讀數儀穩(wěn)定后再記錄。Fig：m一ofite33環(huán)境誤差控制pr。obewhenpulliandmeasuringin測斜管底部通常存在地下水，地下水溫度常年基本保持恒定，一般為15～17℃。室外氣溫變化頻繁，南方地區(qū)氣溫偏高，夏天氣溫可達35℃以上。溫

14、度驟變對測斜儀精度有較大影響。拉測方測試前需將探頭放置于測斜管管底，待其溫度平衡后再進行觀測?，F場經驗表明：當室外氣溫不高、溫差不大時，需放置5～10min；當室外氣溫較高，溫差較大時，需放置l0～15min。4零點漂移誤差修正方法41零點偏置誤差滑動式測斜儀測頭在絕對豎直狀態(tài)下，理論測值應嚴格為0，但探頭在制造和使用過程中受各種因素的影響，實際輸出并非為0，這就是零點偏置誤差。samedirection測方向圖3測斜儀拉測方向示意圖F

15、ig3Schematicdiagramofpullingdirectionsofaninclinometer測頭內部傳感元件(以伺服加速度計式為例)，當加速度計敏感軸與鉛垂線存在傾角0時，加速度計輸出一個電壓信號。正向測量時其輸出值為8o：csin0(3)為了消除。影響，實際測量時將探頭反轉180。進行二次觀測，即負向測量。負向測量時其輸出值為8l8(】=一csin0(4)式中：。，818o——正向測量、負向測量讀數；——零點偏置誤差；

16、c——儀器標定系數。由式(3)、式(4)可知：同一探頭在同一測點，正負向讀數不同；測量過程中零點偏置誤差一般為常數，則oosinO=0—00—180，故在一次測量中正反向測量可以有效消除影響；因為6。6。=2，所以在一次測量中，正厶L負向測量讀數相加是否為常數可作為評價該測次數據可靠性的標準之一。42零點漂移誤差在一次測量過程中，零點偏置誤差通常為常數，即為恒定值。但探頭在使用過程中受環(huán)境改變、機械震動等因素的影響，往往不為常數，即由于