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(xué)學(xué)報(自然科學(xué)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(dá)章(1河海大學(xué)土力學(xué)與堤壩工程教育部重點實驗室，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國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)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(yuǎn)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(shù)據(jù)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(dǎo)出了對應(yīng)的修正公式，基于統(tǒng)一基準(zhǔn)線修正法(UBM)，專門針對深孔測斜情況，應(yīng)用以曲代直簡化思想解決零點漂移問題。工程實測數(shù)據(jù)應(yīng)用表明，所提出修正

3、方法應(yīng)用方便，計算結(jié)果偏于安全，精度滿足要求。關(guān)鍵詞：測斜儀誤差；測斜儀測試技術(shù)；零點漂移；統(tǒng)一基準(zhǔn)線修正法中圖分類號：TU196文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)期及運(yùn)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(shù)量；軟基工程土體的側(cè)向水平

10、位移是評價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大會危及周邊建筑物的安全。西方國家自20世紀(jì)60年代開始大量使用測斜儀；而我國在引進(jìn)國外測斜儀的基礎(chǔ)上，隨著材料、傳感器、集成電路、計算機(jī)等高新技術(shù)的發(fā)展，至2O世紀(jì)9O年代，測斜儀測試技術(shù)應(yīng)用研究也取得了顯著進(jìn)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(yīng)明顯，收稿日期：2013—01—08基金項目：國家自然科學(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(dǎo)，在下放過程中要實時調(diào)整導(dǎo)槽方向，防止測斜管發(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斜工作者經(jīng)驗不足和不良測量習(xí)慣而產(chǎn)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(shù)據(jù)記錄時讀數(shù)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(yīng)選擇電纜標(biāo)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(yīng)的標(biāo)記。理論上，拉測方向應(yīng)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(dá)到要求。若選擇和量測方向一致的兩孔口導(dǎo)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(xiàn)分解為水平分力F和

13、豎直分力F，F(xiàn)與測頭自重G平衡，F(xiàn)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(zhuǎn)，從而影響測斜儀測試數(shù)據(jù)的精確度；同理，若：墨拉測方向應(yīng)選擇圖3中量向圖1或2。另外讀取數(shù)據(jù)時，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(jìn)行觀測?，F(xiàn)場經(jīng)驗表明：當(dāng)室外氣溫不高、溫差不大時，需放置5～10min；當(dāng)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(yīng)嚴(yán)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(nèi)部傳感元件(以伺服加速度計式為例)，當(dāng)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(zhuǎn)180。進(jìn)行二次觀測，即負(fù)向測量。負(fù)向測量時其輸出值為8l8(】=一csin0(4)式中：。，818o——正向測量、負(fù)向測量讀數(shù)；——零點偏置誤差；

16、c——儀器標(biāo)定系數(shù)。由式(3)、式(4)可知：同一探頭在同一測點，正負(fù)向讀數(shù)不同；測量過程中零點偏置誤差一般為常數(shù)，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(fù)向測量讀數(shù)相加是否為常數(shù)可作為評價該測次數(shù)據(jù)可靠性的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)，即為恒定值。但探頭在使用過程中受環(huán)境改變、機(jī)械震動等因素的影響，往往不為常數(shù)，即由于