Phân tích độ ổn định lưới cơ sở quan trắc chuyển dịch ngang công trình theo thuật toán bình sai hiệu trị đo - Trần Khánh

Nội dung text: Phân tích độ ổn định lưới cơ sở quan trắc chuyển dịch ngang công trình theo thuật toán bình sai hiệu trị đo - Trần Khánh

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 45, 01-2014, tr.71-75 PHÂN TÍCH ĐỘ ỔN ĐỊNH LƯỚI CƠ SỞ QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH THEO THUẬT TOÁN BÌNH SAI HIỆU TRỊ ĐO TRẦN KHÁNH, LÊ ĐỨC TÌNH, NGUYỄN HÀ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: Để phân tích, đánh giá chính xác mức độ chuyển dịch biến dạng của công trình thì nhiệm vụ phân tích độ ổn định của hệ thống các điểm mốc cơ sở là công việc rất cần thiết và quan trọng. Tính chính xác của việc đánh giá độ ổn định các điểm mốc cơ sở có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả quan trắc cũng như tính chính xác mức độ biến dạng của công trình. Bài báo có nội dung đề xuất phương pháp phân tích độ ổn định hệ thống điểm mốc trong mạng lưới cơ sở quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình. Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích lý thuyết đã xây dựng hệ thống thuật toán và quy trình xử lý số liệu phù hợp. Tính đúng đắn của các đề xuất nêu ra đã được kiểm chứng thông qua ví dụ thực nghiệm. 1. Đặt vấn đề Tương tự như đối với bậc lưới quan trắc, Bài toán phân tích, đánh giá độ ổn định của khi bình sai bậc lưới cơ sở theo hiệu trị đo cũng hệ thống điểm mốc cơ sở quan trắc biến dạng xác định được hệ phương trình chuẩn dạng (2). công trình dựa trên các trị đo lặp trong nội tại Điểm khác biệt ở chỗ lưới cơ sở là lưới trắc địa mạng lưới, lời giải cho bài toán nêu trên chỉ có tự do nên ma trận hệ số của hệ phương trình thể được xác định nếu có một số điều kiện bổ chuẩn đã nêu không có nghịch đảo thường, vì sung nào đó. Có nhiều phương pháp phân tích vậy cần phải đưa vào điều kiện bổ sung để định độ ổn định mốc độ cao trong quan trắc lún công vị mạng lưới, dưới dạng: trình, tuy nhiên đối với việc phân tích độ ổn T định của các điểm mốc khống chế cơ sở quan Cq.012 , (3) trắc chuyển dịch ngang công trình còn ít được nêu ra trong các tài liệu trắc địa. Trong bài báo Khi đó vector chuyển dịch được xác định này sẽ khảo sát việc áp dụng phương pháp bình theo công thức: sai tự do theo hiệu trị đo để phân tích độ ổn qRb ~ , (4) định các điểm mốc của lưới cơ sở quan trắc 12 chuyển dịch biến dạng công trình. Đối với lưới cơ sở mặt bằng trong quan trắc 2. Cơ sở lý thuyết chuyển dịch ngang công trình, ma trận C được Giả sử trong 2 chu kỳ quan trắc (kí hiệu là xác lập dưới điều kiện 1: “Tổng bình phương chu kỳ 1 và 2) trên cơ sở số liệu đo đạc mạng độ lệch tọa độ giữa 2 chu kỳ của các điểm mốc lưới ở thực địa và thực hiện nội dung tính toán ổn định trong lưới là nhỏ nhất”. Trong trường bình sai theo thuật toán bình sai hiệu trị đo sẽ hợp bình sai hiệu trị đo, dạng của ma trận C thu được hệ phương trình 3, 4: được xác lập trên cơ sở sau: TT A PA.qA1212 P T0 , (1) Quy ước gán cho công trình một hệ tọa độ trong đó: A là ma trận hệ số của hệ phương đặc trưng XOY. Ở thời điểm t1 công trình ở vị trình số hiệu chỉnh, P là ma trận trọng số của trí P1 và có hệ tọa độ đặc trưng là (XOY). Đến hiệu trị đo, T12, q12 là vector hiệu trị đo và thời điểm t2 công trình ở vị trí P2 và có hệ tọa vector chuyển dịch. Ký hiệu RAPA; T độ đặc trưng là (X’O’Y’). Như vậy chuyển dịch công trình có thể được đặc trưng bằng chuyển b A P T sẽ viết lại được hệ phương trình T 12 dịch giữa 2 hệ tọa độ XOY và X O Y như trên chuẩn dạng rút gọn: hình 1. R.q12 b 0 , (2) 71
2. X X’ 1 0 yi xi T Bi ;  Zabm (,,,) 0 1 x y i i Điều kiện “Tổng bình phương độ lệch tọa độ (chuyển dịch) của các điểm ổn định trong P2 lưới là nhỏ nhất” được thể hiện bằng biểu thức: b Y [ 2 ] M i n (9) ’ Từ đó suy ra: 0 T B .q 0 (10) P1 ’a So sánh các biểu thức (3) và (10) sẽ xác 0 Y định được cách thức chọn ma trận C, thoả mãn việc định vị mạng lưới (ở chu kỳ đang khảo sát Hình 1. Chuyển dịch giữa hai hệ tọa độ so với mạng lưới ở chu kỳ được lấy làm gốc so Trong đó 4 tham số (a, b, , m) nêu trên có sánh): ý nghĩa là: a, b đặc trưng cho chuyển dịch tịnh - Chọn Ci = Bi - Nếu i là điểm ổn định tiến của công trình ở vị trí gốc tọa độ theo các - Chọn Ci = 0 - Nếu i là điểm không ổn (11) hướng trục OX, OY tương ứng, đặc trưng cho định góc xoay, còn m đặc trưng cho hệ số co dãn Độ ổn định của các điểm mốc của lưới kích thước công trình. Từ hình 1 xác định được khống chế sơ sở có thể được xác định theo công thức chuyển đổi giữa 2 hệ tọa độ: nguyên tắc: Điểm khống chế cơ sở được coi là x' a x.m.cos y.m.sin (5) ổn định nếu chênh lệch tọa độ của điểm ở chu y' b y.m.cos x.m.sin kỳ đang xét so với chu kỳ đầu không vượt quá Khai triển tuyến tính biểu thức trên, coi ẩn sai số giới hạn xác định độ chênh lệch đó. Tiêu số là các tham số chuyển dịch với giá trị gần chuẩn nêu trên được cụ thể hóa bằng biểu thức: đúng của vector tham số (a0, b0, 0, m0) = (0, 0, t.mq (11) 0, 1). Để ý rằng thực tế góc rất nhỏ ( 0) Trong công thức (11): ∆ và mq là giá trị nên: sin 0, cos 1, m 1 và chuyển dịch chênh lệch và sai số tương ứng; t là hệ số xác công trình theo các hướng trục tọa độ được tính định tiêu chuẩn sai số giới hạn, thông thường t theo công thức: lấy giá trị trong khoảng từ 2 đến 3. qx x' x; qy y' y; 3. Quy trình tính toán phân tích độ ổn định kết quả thu được: mốc cơ sở theo hiệu trị đo  a Áp dụng công thức (11) và cách chọn ma q 10 y x  b trận C ở trên cho phép định vị mạng lưới tự do x BZ. (6) và đánh giá độ ổn định các điểm mốc trong qy 01 xy  lưới. Tuy nhiên để xác định được biểu thức định  m vị C thì cần phải biết được điểm mốc có ổn định Trên cơ sở công thức (6), đối với các hay không, ngược lại tính chất ổn định của điểm điểm ổn định trong mạng lưới thành lập được lại chỉ có thể được xác định sau khi đã bình sai hệ phương trình (viết dưới dạng ma trận): xong mạng lưới. Để giải quyết vấn đề này, qBZ . (7) trong tài liệu 1, 2, 4 đã đưa ra quy trình lặp trong đó: nhích dần, giải pháp này cũng có thể áp dụng T được trong trường hợp phân tích độ ổn định BBBB (,, ,) (8) 12 n mốc lưới cơ sở theo hiệu trị đo. Quy trình xử lý số liệu lưới quan trắc biến dạng công trình nêu trên được thể hiện một cách trực quan thông qua sơ đồ tính toán đưa ra ở 72
3. hình 2: Lập hệ PTC Điều kiện định vị Giải hệ PTC, T ~ R.q12 + b = 0 C0 .q12 = 0 tính chuyển dịch q12 = -R b Điểm i ∆i t.mq? Ci = 0 không ổn định ? Đúng Kết thúc Hình 2. Sơ đồ tính toán phân tích độ ổn định mốc lưới cơ sở 4. Ví dụ phân tích độ ổn định mốc cơ sở theo hiệu trị đo Xét ví dụ phân tích độ ổn định của các điểm mốc trong mạng lưới cơ sở mặt bằng tại công trình thủy điện Yaly. Đây là mạng lưới đo góc - cạnh kết hợp, trong lưới có 7 điểm mốc cơ sở (kí hiệu là QT10, QT2, QT3, QT4, QT5, QT8, QT9), sơ đồ mạng lưới được đưa ra trong hình 3 1. Hình 3. Sơ đồ mạng lưới thực nghiệm Đối với cả 2 chu kỳ quan trắc, trong mạng lưới đã thực hiện đo 17 cạnh và 28 góc bằng máy toàn đạc điện tử TC2003. Kết quả hiệu trị đo cạnh đưa ra trong bảng 1, kết quả hiệu trị đo góc được đưa ra trong bảng 2. 73
4. Bảng 1. Kết quả hiệu trị đo cạnh Số Tên cạnh Hiệu trị đo Số Tên cạnh Hiệu trị đo TT Đầu Cuối (mm) TT Đầu Cuối (mm) 1 QT10 QT2 -1.0 10 QT3 QT4 -5.5 2 QT10 QT3 1.5 11 QT3 QT8 -4.4 3 QT10 QT4 -3.2 12 QT3 QT9 -0.2 4 QT10 QT5 2.9 13 QT4 QT8 1.0 5 QT10 QT9 -1.2 14 QT4 QT9 1.5 6 QT2 QT4 2.3 15 QT5 QT8 5.6 7 QT2 QT3 7.6 16 QT5 QT9 4.9 8 QT2 QT8 1.5 17 QT8 QT9 2.2 9 QT2 QT9 0.7 Bảng 2. Kết quả hiệu trị đo góc Số Tên góc Hiệu Số Tên góc Hiệu TT Trái Giữa Phải  TT Trái Giữa Phải  1 QT2 QT10 QT3 2.2 15 QT9 QT4 QT10 1.0 2 QT3 QT10 QT4 -2.3 16 QT10 QT4 QT3 -3.0 3 QT4 QT10 QT5 -0.2 17 QT3 QT4 QT2 3.7 4 QT5 QT10 QT9 2.5 18 QT8 QT5 QT9 1.2 5 QT4 QT2 QT3 3.6 19 QT9 QT5 QT10 1.5 6 QT3 QT2 QT8 -3.8 20 QT9 QT8 QT2 0.0 7 QT8 QT2 QT9 0.1 21 QT2 QT8 QT3 0.6 8 QT9 QT2 QT10 1.2 22 QT3 QT8 QT4 -0.3 9 QT2 QT3 QT4 -2.0 23 QT4 QT8 QT5 0.5 10 QT4 QT3 QT8 1.4 24 QT10 QT9 QT2 -1.3 11 QT8 QT3 QT9 2.0 25 QT2 QT9 QT3 2.5 12 QT9 QT3 QT10 -1.8 26 QT3 QT9 QT4 -1.4 13 QT10 QT3 QT2 0.3 27 QT4 QT9 QT5 0.2 14 QT8 QT4 QT9 1.1 28 QT5 QT9 QT8 -0.1 Việc bình sai được thực hiện theo quy trình nêu trong mục 3, có kết hợp phân tích độ ổn định các điểm mốc và định vị mạng lưới theo số liệu tọa độ các điểm thu được ở chu kỳ 1. Quá trình lặp được thực hiện 2 lần, kết quả đã xác định được 1 điểm mốc không ổn định là điểm mốc QT3 (có chênh lệch tọa độ so với chu kỳ 1 vượt quá giá trị giới hạn cho phép được lấy là mg/h = 2.mq = 5.3 mm). Các điểm mốc còn lại đều ổn định và mạng lưới được định vị theo các điểm ổn định đó. Kết quả tính toán đưa ra trong bảng 3. 74
5. Bảng 3. Phân tích độ ổn định các mốc trong lưới Tên Lặp lần 1 Lặp lần 2 No điểm C qx(mm) qy(mm) Q(mm) C qx(mm) qy(mm) Q(mm) Đánh giá 1 QT10 B 0 .4 -2.7 2.8 B 0.8 -1.9 2.0 ổn định 2 QT2 B -1.1 -2.3 2.5 B -0.6 -1.3 1.4 ổn định 3 QT3 B 1.4 6.2 6.4 0 1.8 7.3 7.5 Không ổn định 4 QT4 B -1.8 0.7 1.9 B -1.4 1.9 2.4 ổn định 5 QT5 B 2.6 -1.7 3.1 B 2.8 -0.5 2.9 ổn định 6 QT8 B 1.1 1.6 1.9 B 0.8 2.5 2.7 ổn định 7 QT9 B -2.6 -1.8 3.2 B -2.3 -0.9 2.5 ổn định 4. Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO Trên cơ sở phân tích lý thuyết và tính 1. Trần Khánh, Nguyễn Việt Hà, 2008. Phân toán thực nghiệm, có thể rút ra một số kết tích độ ổn định các điểm mốc lưới cơ sở quan luận sau: trắc chuyển dịch ngang công trình thủy điện ở 1- Vector số hạng tự do của hệ phương Việt Nam, Tạp chí Trắc địa và chụp ảnh hàng trình số hiệu chỉnh khi bình sai hiệu trị đo không, Số 5, Tr 33-38. được tính đơn giản hơn so với bình sai tách 2. Trần Khánh, Nguyễn Quang Phúc, 2010. biệt. Kết quả bình sai cho phép tính trực tiếp Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình, được ngay giá trị dịch chuyển của các điểm Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội. khống chế cơ sở. 3. Lê Dức Tình, Trần Thùy Linh, 2011. Khảo 2- Tuy vậy, phương pháp bình sai hiệu trị sát phương pháp quan trắc biến dạng công trình đo cũng có nhược điểm là yêu cầu đồ hình lưới theo hiệu trị đo, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ- trong các chu kỳ quan trắc phải giữ nguyên, Địa chất, Số 34, Tr 64-67. điều này có thể dẫn đến một số ràng buộc trong D.X.Tamutis, 1986. Thiết kế tối ưu lưới trắc địa tổ chức công tác quan trắc ngoại nghiệp. 4. công trình, Nxb. "Nhedra", Moskva. SUMMARY Stability analysis base mesh deformation works by treatment algorithm performance measurement ringworm Tran Khanh, Le Duc Tinh, Nguyen Ha Hanoi University of Mining and Geology Analyze and accurately assess the extent of the deformation shifts the task of analyzing the stability of the system is the basis of the landmark is necessary and important. The accuracy of the assessment of the stability of the landmark facility has greatly influenced the observed results as well as the accuracy level of the distortion. The article content analysis method proposed stabilization system landmarks in the campus network monitoring deformation shift work. On the basis of research, theoretical analysis has developed algorithms and system processes the data accordingly. Soundness of the proposal has yet to be proven through empirical examples. 75