滑動(dòng)式測(cè)斜儀測(cè)試與誤差處理方法

1、第4l卷第6期2013年11月河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)JournalofHohaiUniversity(NaturalSciences)Vo141No6NOV2O13DOI：103876／jissn1000—1980201306008滑動(dòng)式測(cè)斜儀測(cè)試與誤差處理方法李國(guó)維，胡龍生，王潤(rùn)。，陳達(dá)章(1河海大學(xué)土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210098；2河海大學(xué)道路與鐵道工程科學(xué)研究所，江蘇南京210098；3河海大學(xué)巖土工程

2、科學(xué)研究所，江蘇南京210098；4國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州215000；5廣東省廣樂(lè)高速公路有限公司，廣東清遠(yuǎn)511500)摘要：基于測(cè)斜儀工作原理，分析了滑動(dòng)式測(cè)斜儀在使用過(guò)程中的誤差成因；針對(duì)測(cè)斜儀零點(diǎn)數(shù)據(jù)漂移問(wèn)題，分別從零點(diǎn)漂移量恒定和零點(diǎn)漂移量變化兩種情況，導(dǎo)出了對(duì)應(yīng)的修正公式，基于統(tǒng)一基準(zhǔn)線修正法(UBM)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)深孔測(cè)斜情況，應(yīng)用以曲代直簡(jiǎn)化思想解決零點(diǎn)漂移問(wèn)題。工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用表明，所提出修正

3、方法應(yīng)用方便，計(jì)算結(jié)果偏于安全，精度滿足要求。關(guān)鍵詞：測(cè)斜儀誤差；測(cè)斜儀測(cè)試技術(shù)；零點(diǎn)漂移；統(tǒng)一基準(zhǔn)線修正法中圖分類(lèi)號(hào)：TU196文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(lái)高速鐵路、公路和水利工程項(xiàng)目眾多，建設(shè)期及運(yùn)行期的安全問(wèn)題受到格外重視。測(cè)斜儀是一種監(jiān)測(cè)巖土體水平位移的原位監(jiān)測(cè)儀器，可用于觀測(cè)各類(lèi)工程不同深度的巖土體水平位移J。邊坡工程可通過(guò)深層水平位移曲線判定滑動(dòng)面位置及滑移方向和數(shù)量；軟基工程土體的側(cè)向水平

10、位移是評(píng)價(jià)地基處理效果的重要指標(biāo)；深基坑工程墻壁土體的水平位移過(guò)大會(huì)危及周邊建筑物的安全。西方國(guó)家自20世紀(jì)60年代開(kāi)始大量使用測(cè)斜儀；而我國(guó)在引進(jìn)國(guó)外測(cè)斜儀的基礎(chǔ)上，隨著材料、傳感器、集成電路、計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)的發(fā)展，至2O世紀(jì)9O年代，測(cè)斜儀測(cè)試技術(shù)應(yīng)用研究也取得了顯著進(jìn)展j?；瑒?dòng)式測(cè)斜儀在監(jiān)測(cè)過(guò)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(yīng)明顯，收稿日期：2013—01—08基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(41272

11、327)；江蘇省自然科學(xué)基金(BK2011747)；廣東省交通科技重點(diǎn)項(xiàng)目(20050201)作者簡(jiǎn)介：李國(guó)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(guó)維，等滑動(dòng)式測(cè)斜儀測(cè)試與誤差處理方法513指導(dǎo)，在下放過(guò)程中要實(shí)時(shí)調(diào)整導(dǎo)槽方向，防止測(cè)斜管發(fā)生扭曲而產(chǎn)生扭曲誤差。32人為誤差控制人為誤差是指測(cè)斜工作者經(jīng)驗(yàn)不足和不良測(cè)量習(xí)慣而產(chǎn)生的誤差，其主要

12、來(lái)源于正反兩次測(cè)量時(shí)探頭相對(duì)位置不一致、拉測(cè)方向不相同以及數(shù)據(jù)記錄時(shí)讀數(shù)儀不穩(wěn)定。為了防止正反兩次測(cè)量對(duì)位不一，測(cè)斜儀測(cè)試過(guò)程中應(yīng)選擇電纜標(biāo)簽的同一點(diǎn)作為參考點(diǎn)與測(cè)斜孔孔口對(duì)齊并拉緊，必要時(shí)可于測(cè)斜管管口做相應(yīng)的標(biāo)記。理論上，拉測(cè)方向應(yīng)與測(cè)斜管軸向保持一致。但由于測(cè)斜儀測(cè)試過(guò)程中存在定點(diǎn)問(wèn)題，實(shí)測(cè)時(shí)難以達(dá)到要求。若選擇和量測(cè)方向一致的兩孔口導(dǎo)槽作為拉測(cè)方向控制點(diǎn)，測(cè)頭受力示意見(jiàn)圖2。測(cè)拉力，與測(cè)斜管軸線存在一定夾角，F(xiàn)分解為水平分力F和

13、豎直分力F，F(xiàn)與測(cè)頭自重G平衡，F(xiàn)等效于在量測(cè)方向施加了微小彎矩，測(cè)頭在量測(cè)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而影響測(cè)斜儀測(cè)試數(shù)據(jù)的精確度；同理，若：墨拉測(cè)方向應(yīng)選擇圖3中量向圖1或2。另外讀取數(shù)據(jù)時(shí)，需待讀數(shù)儀穩(wěn)定后再記錄。Fig：m一ofite33環(huán)境誤差控制pr。obewhenpulliandmeasuringin測(cè)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(dá)35℃以上。溫

14、度驟變對(duì)測(cè)斜儀精度有較大影響。拉測(cè)方測(cè)試前需將探頭放置于測(cè)斜管管底，待其溫度平衡后再進(jìn)行觀測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明：當(dāng)室外氣溫不高、溫差不大時(shí)，需放置5～10min；當(dāng)室外氣溫較高，溫差較大時(shí)，需放置l0～15min。4零點(diǎn)漂移誤差修正方法41零點(diǎn)偏置誤差滑動(dòng)式測(cè)斜儀測(cè)頭在絕對(duì)豎直狀態(tài)下，理論測(cè)值應(yīng)嚴(yán)格為0，但探頭在制造和使用過(guò)程中受各種因素的影響，實(shí)際輸出并非為0，這就是零點(diǎn)偏置誤差。samedirection測(cè)方向圖3測(cè)斜儀拉測(cè)方向示意圖F

15、ig3Schematicdiagramofpullingdirectionsofaninclinometer測(cè)頭內(nèi)部傳感元件(以伺服加速度計(jì)式為例)，當(dāng)加速度計(jì)敏感軸與鉛垂線存在傾角0時(shí)，加速度計(jì)輸出一個(gè)電壓信號(hào)。正向測(cè)量時(shí)其輸出值為8o：csin0(3)為了消除。影響，實(shí)際測(cè)量時(shí)將探頭反轉(zhuǎn)180。進(jìn)行二次觀測(cè)，即負(fù)向測(cè)量。負(fù)向測(cè)量時(shí)其輸出值為8l8(】=一csin0(4)式中：。，818o——正向測(cè)量、負(fù)向測(cè)量讀數(shù)；——零點(diǎn)偏置誤差；

16、c——儀器標(biāo)定系數(shù)。由式(3)、式(4)可知：同一探頭在同一測(cè)點(diǎn)，正負(fù)向讀數(shù)不同；測(cè)量過(guò)程中零點(diǎn)偏置誤差一般為常數(shù)，則oosinO=0—00—180，故在一次測(cè)量中正反向測(cè)量可以有效消除影響；因?yàn)?。6。=2，所以在一次測(cè)量中，正厶L負(fù)向測(cè)量讀數(shù)相加是否為常數(shù)可作為評(píng)價(jià)該測(cè)次數(shù)據(jù)可靠性的標(biāo)準(zhǔn)之一。42零點(diǎn)漂移誤差在一次測(cè)量過(guò)程中，零點(diǎn)偏置誤差通常為常數(shù)，即為恒定值。但探頭在使用過(guò)程中受環(huán)境改變、機(jī)械震動(dòng)等因素的影響，往往不為常數(shù)，即由于