Реферат по теме выпускной работы
Содержание
- 1. Актуальность темы
- 2. Цель и задачи исследования
- 3. Обзор исследований
- Заключение
- Список источников
1. Актуальность темы.
Плотины являются крупными и важными гидротехническими объектами. Нарушение работы таких объектов может привести к серьёзным последствиям. Поэтому сохранность таких сооружений является важной задачей. Для обеспечения сохранности плотин необходимо вести систематические наблюдения за их состоянием и факторами, которые оказывают неблагоприятное воздействие на сопротивляемость сооружения водному потоку. Важными параметрами при наблюдении является скорость выполнения измерений (поскольку воздействие потока непрерывно и за время измерений могут произойти изменения), оперативность получения данных и экономичность.
В последнее время в Украине стоит задача автоматизации процессов наблюдения за крупными объектами гидротехнического строительства. Для этого создаются проекты автоматизированного наблюдения. Однако эти методы наблюдений являются негеодезическими, и не позволяют оценить смещения и деформации объекта. Традиционные же технологии носят статический характер и позволяют определить смещения и деформации на конкретный момент времени.
Применение спутниковых методов лишено такого недостатка как статичность. Кроме того, спутниковые методы позволяют определять смещения и деформации тела плотины.
2. Цель и задачи работы.
Цель работы. Создание проекта производства геодезических работ, по наблюдению за смещениями и деформациями бетонной и грунтовых плотин гидроэлектростанции.
Задачи:
составить проект геодезической сети;
выполнить расчёт априорной точности полученной сети;
оценить возможность применения спутниковых технологий для данной инженерной задачи с позиции точности.
Объект исследования. Модель бетонной и грунтовых плотин гидроэлектростанции.
Предмет исследования. Технология определения смещений и деформаций с использованием спутниковых наблюдений
Связь работы с научными программами. Магистерская работа соответствует научному направлению кафедры.
Методы исследований. В работе использованы методы математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики, модель бетонной и грунтовых плотин Днепродзержинской гидроэлектростанции.
3. Обзор исследований.
В 1980-х годах появились спутниковые радионавигационные системы (GPS и ГЛОНАСС). Первые результаты практического применения показали, что точность навигационных систем превышает точность классических методов[1].
На данный момент в полную силу работает две глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС): GPS и ГЛОНАСС. Каждая из них состоит из 24 основных спутников и нескольких запасных. Орбиты спутников располагаются на высоте порядка 20 тыс км. Спутники непрерывно передают сигналы, содержащие информацию об их положении и точном времени, а также дальномерные коды, позволяющие измерять расстояния.
Рисунок 1 – схема размещения спутников GPS
Определение координат производится с помощью специальных спутниковых приёмников, измеряющих время прохождения сигнала от нескольких спутников до приёмника и фазу сигнала на несущей частоте. Разные методы измерений позволяют добиться необходимой для данного вида работ точности и производительности.[1]
Гидротехнические сооружения – сооружения, использующие водные ресурсы с соответствующим оборудованием. Гидротехнические сооружения имеют ряд особенностей, в связи с чем они значительно отличаются от других инженерных сооружений
воздействие воды на сооружение;
влияние гидросооружения на прилегающий район;
ответственность гидросооружений;
индивидуальность гидросооружений;
стоимость гидросооружений[4].
Плотины относятся к водоподпорным сооружениям, то есть они повышают уровень воды для определённых целей. По конструкции плотины делятся на бетонные и грунтовые. Бетонные плотины, в свою очередь, делятся на гравитационные, контрфорсные и арочные. Схемы приведены на рисунке 2.
Рисунок 2 – схемы конструкций плотин: а – гравитационная, б – контрфорсная, в – арочная, г – грунтовая.
Гидротехнические сооружения требуют особых методов наблюдений. Методики наблюдений приведены в работах [6 – 9].
Деформация – изменение формы объекта наблюдения (перекос, изгиб) или изменение его первоначального положения [7].
Смещение – изменение положения одной точки относительно другой. При наблюдениях на гидроузлах смещение считают абсолютным, если одна точка располагается за пределами возможных деформаций горных пород, и относительным, если обе точки находятся в зоне деформаций пород или в сооружении [7].
Смещения можно разделить на вертикальные и горизонтальные. Также можно выделить крен, кручение, изгиб, наклон и т. д. Для каждого типа деформаций разработаны свои методики измерений.
При определении осадок применяются следующие технологии: геометрическое нивелирование, тригонометрическое нивелирование, гидронивелирование, микронивелирование.
При определении горизонтальных смещений используются такие методы как: створные измерения, триангуляция, засечки и прочие линейно-угловые построения.
Для выполнения наблюдений необходимо разработать методику измерений. Методика должна включать: выбор инструментов и оборудования, установление частоты поверок и исследований, расчёт количества приёмов измерений, установление допуска, выбор методики обработки [7].
К измерениям деформаций предъявляются строгие требования по точности наблюдений. На постсоветском пространстве эти требования указаны в нормативных документациях (ГОСТ, СНиП). Эти нормы приведены в документах [10, 11].
В частности, для бетонных плотин на скальном и полускальном основаниях горизонтальные смещения необходимо определять с точностью 2 мм, а осадки – 1 мм [10].
Для грунтовых плотин требования к точности меньше, для них требуется определять смещения в горизонтальной плоскости со средней квадратической погрешностью 3 – 5 мм, а осадки – 5 мм [11].
Кроме того, есть указания на частоту проведения наблюдений. Например для бетонных плотин осадки необходимо наблюдать два раза в год, относительные горизонтальные смещения ежемесячно, а абсолютные один-два раза в год. Для грунтовых плотин такие наблюдения производятся один-два раза в год [7].
Работы по наблюдению за деформациями гидросооружений ранее проводились, и их описание можно найти в следующих источниках [12 – 16].
В период с 2005 по 2006 года были произведены серии спутниковых наблюдений за грунтовой плотиной Саналона в Мексике. Измерения производились геодезическими спутниковыми приёмниками, без применения другого измерительного оборудования. По результатам наблюдений была произведена обработка с контролем и отбраковка грубых ошибок наблюдений. Точность определения составила порядка 3 – 5 мм. После пересчёта в топоцентрические координаты была оценена точность смещений плотины, которая составила порядка 4 мм в горизонтальной плоскости и 6 мм в вертикальной [12].
В диссертации [13] разработана методика обработки результатов спутниковых наблюдений за деформациями плотины, которая была применена на плотине Наханг во Вьетнаме. Согласно этой методике точность определения координат пунктов на плотине геодезическими спутниковыми приёмниками составила порядка 2 – 4 мм [13].
С 2008 по 2010 года производились наблюдения за горизонтальными смещениями земляной плотины Ikpoba (Бенин). Измерения производились в четыре серии. При наблюдениях использовались геодезические спутниковые приёмники Leica 500. В результате, для каждого пункта были определены величины смещения и ошибка смещения. Если величина смещения пункта превышала некоторую величину, функционально зависящую от ошибки наблюдения, то делался вывод о наличии деформации в пункте наблюдений.
В статье [15] описан опыт применения GPS-технологий для определения осадок гидротехнического сооружения (виадук), а также установлены некоторые замечания, такие как:
необходимость принудительного центрирования;
необходимость использования антенн для избежания многолучёвости;
оценить недостатки тропосферных и ионосферных моделей.
Кроме того, GPS-нивелирование стоит использовать совместно с геометрическим, поскольку определение высоты является слабым местом спутниковых технологий [15].
Заключение.
Задача наблюдения за деформациями плотин являлась актуальной с того момента, как эти сооружения стали возводить. На данный момент существует достаточное количество разнообразных методов наблюдений, позволяющих с различной точностью выполнять поставленную задачу. Однако развитие технологий позволяет применять новые методы, и их необходимо изучать.
Список литературы
Антонович К.М. Использование СРНС в геодезии. В 2-х томах. Монография. М. ФГУП «Картцентр». 2005 г.
Генике А.А, Побединский Г.Г. Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии. М: Картцентр, 2004 г. 355 с.
Соловьёв Ю.А. Системы спутниковой навигации. М:Эко-трендз, 2000 – 267 с.
Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения Ч.1 Глухие плотины. Москва: Агропромиздат. 1985. – 318 с.
Гришин М.М. Гидротехнические сооружения Ч.1. Москва: Высшая школа. 1979. – 615 с.
Михелев Д. Ш. Геодезические измерения при изучении деформаций крупных инженерных сооружений. Москва: Недра. 1991.
Карлсон А.А. Измерение деформаций гидротехнических сооружений. Москва: Недра. 1984. – 245 с.
Пискунов М.Е. Методика геодезических наблюдений за деформациями сооружений. М.: Недра, 1980. - 248 с.
Зайцев А.К., Марфенко С.В., Михелев Д.Ш. и др. Геодезические методы исследования деформаций сооружений. - М.: «Недра», 1991. - 272 с.
ГОСТ 24846-81. Методы измерения деформаций зданий и сооружений. Москва: Государственный комитет СССР по делам строительства. 1986.
П 87 – 2001. Рекомендации по проведению натурных наблюдений за осадками грунтовых плотин. Санкт-Петербург: ВНИИГ. 2001
Мануэль Трехо Сото – Разработка методики анализа результатов геодезических измерений при наблюдении за осадками и смещениями крупных инженерных сооружений спутниковыми методами. Автореферат на соискание учёной степени кандидата технических наук. Москва – 2007 – 24 c. http://www.miigaik.ru/... – 23.04.2013.
Нгуен Вьет Ха. Разработка методики определения деформаций плотин гидроэлектростанций по результатам спутниковых геодезических измерений во Вьетнаме. Автореферат на соискание учёной степени кандидата технических наук. Москва – 2010 – 24 с. http://www.miigaik.ru/... – 23.04.2013.
Jacob O. Ehiorobo, Raphael Irughe-Ehigiator. Monitoring for horizontal movement in an earth dam using differential GPS. Journal of Emerging Trends in Engineering and Applied Sciences. http://jeteas.scholarlinkresearch.org/... – 23.04.2013
S.Erol, B.Erol, T.Ayan. A general review of the deformation monitoring techniques and a case study: analyzing deformations using GPS/leveling. ITU, Civil Engineering Faculty, Geodesy division. http://www.isprs.org/... – 23.04.2013