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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）沉降监测稳定点的分析判断毕业论文摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 工程建筑物变形观测的基本要求内容、意义以及方法11.1.1 工程建筑物变形观测的意义、内容以及方法11.1.2 沉降监测的基本要求21.2 变形观测数据处理的目的与内容31.3 变形观测数据处理与其它学科的关系51.4 变形监测经典数据处理的现状介绍与发展展望61.4.1 几种应用较多的典型的变形监测数据处理模型61.4.2 变形监测数据处理的特点81.5 问题的提出与本文研究的内容91.5.1 问题的提出91.5.2 本文研究的内容9第二章 概率论与数理统计的基本知识1
2、02.1 统计方法概述102.2 假设检验原理与方法122.3 检验，分布与检验162.4 本章小结25第三章 参考点稳定性检验263.1 用拟稳平差判断相对稳定点263.2 用带参考点的联合自由网平差判断相对稳定点293.3 相对稳定点的初步判断35第四章 结束语41参考文献42致 谢43 13第一章 绪 论1.1 工程建筑物变形观测的基本要求内容、意义以及方法1.1.1 工程建筑物变形观测的意义、内容以及方法工程建筑物的变形观测，是随着我国社会主义建设事业发展起来的，在国内是一门兴起较晚的学科。解放以来，国内一些工程安装了大量的科学试验设备如：精密机械、导轨等。另外，还建设了水工建筑物、交
3、通以及工业建筑物、高层建筑物、矿山等工程建筑。许多外界因素会对这些工程建筑物以及设备产生影响，使其在它们建设和运营的过程中，产生沉降等形变。该形变量如果不超出一定限度范围，可以认定为正常的现象；假如超过了一定的限度范围，轻则影响设备和工程建筑的运营，重则危及设备和工程以及工作人员的安全。据此在设备和工程建筑的建设和运营期间，须进行监视形变量的观测工作，即变形观测。 近代以来，采矿技术飞速发展，“水体下特殊开采技术、建筑物下特殊开采技术、铁路下特殊开采技术”统称为“三下开采”。三下开采技术的广泛应用、大型精密工程建筑的高速发展以及地壳移动、地震监测预报的研究，对变形观测技术和方法提出了更高的要求
4、。变形观测的主要操作过程是对观测点进行具有一定周期性重复观测，获得点位坐标数据，进行平差过程，以得到观测点在不同观测周期之间的点位变化量。变形观测的主要内容，是由工程建筑的用途和建筑物的地基情况决定的。一般来说，对工业与民用建筑物的地基，主要进行均匀沉陷与不均匀沉陷的监测；对建筑主体则主要进行倾斜与裂缝的监测；对高层建筑进行震动观测。在城市，工业和生活用水大量地吸取地下水，会影响到地下水层水位；在矿区，地下矿产资源的开采，会影响地下土层的结构，这些情况都会使地面产生沉降。因此，不论城市还是矿区，都需要应进行地表沉降观测。对于混凝土大坝这类型的大型水工建筑物，水压的力、外界温度、坝体自重等因素都
5、会对形变有影响，使其产生沉降、水平位移、倾斜、挠曲等情况的变形。因此，对大型水工建筑物需进行沉降、水平位移、倾斜、挠曲等内容的变形观测。 在观测长期的变形时，一般使用如水准仪、经纬仪、全站仪等常规的测量仪器或摄影测量工作站等摄影测量设备，上述几种仪器适用于以大地控制网作为控制网点，按一定观测周期测定观测点的位移。另外，机械的、光学的以及电子的测量仪器也可用于监视工程建筑主题以及建筑物地基等部位的相对位移。近年来，随着观测技术和测量仪器的不断更新和发展，对于变形观测的精度要求也随之提高(有的要求达到和的精度)，连续监测周期、监视次数的要求也增加了，因此精密测距、自动化监测和遥控观测等变形观测技术
6、方面有了长足发展，例如：电子倾斜仪、流体静力水准仪以及激光准直系统是比较具有代表性的系统。以上篇章所介绍的变形观测内容主要是监视建筑物的形态和它们的空间位置的形变量，因此一般称之为外部变形观测。相对应的还有内部变形观测，例如：对工程建筑结构内部的温度、应力、渗压、土压力、孔隙压力以及伸缩缝开合等项目的观测。内部变形观测一般不是由测量人员进行的，但是在对变形观测数据进行处理、特别是对变形原因作物理解释时，须将内、外部变形观测的资料结合在一起进行综合分析。1.1.2 沉降监测的基本要求沉降监测的基木要求如下1,2：1. 如果出现沉降数据有异常现象时，首先应该对观测获得的沉降数据进行初步检查，发现不
7、了问题则需要进行重测并分析观测基准点的稳定性，并且视情况而定，必要时进行基准点联测；2. 无论是进行怎么样的测量都必须要按照水准测量规范的相关要求进行。测量首先要进行往返监测，要取监测结果的中数；必须经过严密平差处理，所得的高程数据才能作为初始数值；3. 为了尽可能大的减小系统误差，以进一步提高监测的精度，每一次沉降监测都应该使用同一台观测仪器和设备；都必须按照固定的监测路线、监测基准点和同一监测方法进行监测；监测路线必须形成闭合形或附合形线路；使用固定的监测基点进行监测。也就是实行“五固定”监测法进行；4. 进行沉降监测时需要采用符合相应条件的测量精度等级的电子水准仪，并且，在实施每次观测之
8、前，必须对所使用的测量仪器和设备进行检验和校正；5. 在进行沉降监测过程中，为取得对沉降变形和异常数据进行有利地分析，在监测过程中应做好重点数据的记录，如：架桥、运输车辆通过时的施工负荷、测量时的天气情况以及地下水的情况等。1.2 变形观测数据处理的目的与内容变形观测之所以能起到指导工程安全施工和监测工程安全运营的作用，首先要进行现场观测获得观测数据，然后必须对观测数据进行整理分析，进而对观测数据作出正确的处理。 变对变形观测数据进行处理的主要目的是3：1. 整理观测资料并极其绘制成便于实际应用的图表；2. 探讨变形的成因，给出变形值与荷栽(引起变形的有关因素)之间的函数关系，从而对建筑物运营
9、状态作出正确判断和进行变形预兆并为修正设计理论和设计中所采用的经验系数提供实践依据； 第一个目的是对变形进行几何分析，也即对建筑物的空间状态的变化给出几何描述；第二个目的则是对变形进行物理解释。几何分析的成果是判断建筑物运首是否正常的基础。如图1.1为某土坝沉陷过程线，由阁可以看出土坝的年沉陷量随着运营时间的延长有所减少，在沉陷过程中土坝的沉陷存在年周期的起伏变化。在进行几何分析中通常需对观测资料进行如下处理：图1.11. 技核各项原始记录，检查各次变形观酗值的计算有无错误；2. 对变形值进行逻辑分拆，检查是否存在带有祖差的观测值，以便进行必要的野外补酗或采取相应措施；3. 对作为变形观测依据
10、的基准点稳定性检验的观测成果进行数据处理，通常包括观测值是否伴随有超限误差的统计检验和基准点稳定性的统计检验两个内容；4. 最终变形值的计算与变形图表的绘制；5. 根据变形图表，对建筑物的运营状态进行描述。物理解释一般可以分为确定函数模型法和回归分析法两种方法：第一种方法是利用荷载、变形体的几何性质和物理性质以及应力-应变间的关系来建立数学模型，它有先验的性质；第二种方法是通过分析所观测的变形和内外因之间的相关性来建立荷载-变形之间关系的数学模型，该法利用了过去的观测数据，因此和第一种方法相比，具有后验的件质。 在实际变形监测数据处理工作过程中，上述两种方法不能单独采用。以上两种方法都包含有统
11、计和解析的成分。确定函数模型法所建立的模型可通过回归分析法来改进，例如校正变形体材料的某些物理参数；而对变形体结构性能的分析，有助于在回归分析法中建立荷载-变形的数学模型。除上述两种方法之外，变形值还会受到一些其他因素的影响，故在用回归分析法分析出有规律的变化后，还可对残余量采用时序分析法，来分析如何进一步提高变形预报的精度。1.3 变形观测数据处理与其它学科的关系工程建筑变形观测是研究建筑物在空间和时间中发生形变的规律。由于工程建筑物的变化量一般是很小的值，如混凝土坝坝顶在一年内的水平位移值变化幅度一般在左右，而基础廊道在一年内的沉陷量的变化幅度一般仅有。为监测地壳运功和地震活动而进行的观测
12、工作，测定的地壳变化率成果甚至小到百万分之一。由于测量误差的大小通常也落在这一变形值幅度范围内，因此为了作出接受一个变形模型正确与否的结论，也就是说判断观测到的变形值是真正的建筑物产生的变形还是测量误差累积所造成的数据变形，则要进行成果的精度分析和数据的统计检验。 变形观测中制定限差、判断形变量可靠性、判断形变量是否是伴随超限误差的、判断变形观测网中的变形监测基准点的稳定性、全部变形观测点都位于变形体之上的监测大范围地表移动或地震活动的相对网的分析，选择最适合的变形模型都需要利用数理统计和假设检验的原理。另外，用于变形的物理解释的回归分析法，也属于统计理论的范畴。 随着工程建筑物的飞速建设，对
13、建筑物的动态变形如：高层建筑物在风荷载与日照下的摆动，桥梁钢架在动荷载下的振动都要进行监视观测，并作出变形的物理解释。 模拟变形、解释变形的原因和变形之间的定量关系是个涉及到多学科的知识的复杂问题：地基基础学、结构力学、材料力学、弹性力学等知识。 动态变形观测值由于是经过分周期观测得来的，所以它们构成了一个时间序列，因此在处理变形观测数据的过程中会涉及到信号系统中的频谱分析、时序分析等与数理统计有关的知识。 各类测量仪器的设计中大量采用微电脑处理机芯片和观测数据自动记录装置，这些高新技术装置的加入，使野外数据采集的自动化程度逐步提高。因此，如何自动处理变形观测数据这一课题也逐渐提到议事日程上来
14、，得到了进一步重视，这也使得变形观测数据处理与计算机技术紧密的联系起来了。1.4 变形监测经典数据处理的现状介绍与发展展望1.4.1 几种应用较多的典型的变形监测数据处理模型变形监测技术研究与应用开始于19世纪60年代。最初主要应用于对水库大坝的变形分析、山体滑坡等方面。讨论变形监测的数据的数学模型，建筑物变形观测与预报变形模型发展很广泛。现在大多数发达国家和发展中国家都对观测数据处理做了深入的探讨和研究，已基本形成了一整套比较完善的理论系统4:1. 变形趋势模拟法，该方法是通过位移量与时间的变化过程曲线图来展示的。根据曲线的走势，运用类似的数学模型进行预测。一般方法是选择几个多项式进行拟合后
15、，选择残差平方和最小的一个多项式作为拟合曲线及残差曲线。此方法在应用在变形量与原因量之间的关系不明确、或原因量比较复杂无法进行定量分析时，而又需要大量的观测数据。一般通过多项式来进行拟合。利用线性假设检验来判断高次方的数目；2. 多元线型回归分析法，这种方法法是通过所观测的效应量和原因量之间的相关性来建立荷载与变形之间的数学型。由于利用线型回归法建立的模型考虑到了影响位移的几种主要外因，因此在正常的运行状态下，利用此模型进行的预报精度是非常之高的。但是，如果一旦有未考虑地模型的外因影响较大时，预报就会产生偏差；3. 时序分析法，这种方法是用于动态变形分析的方法，采用该方法要求进行周期观测，所需数据要具有周期性；工程建筑物的变形要受到观测以前时间各种因素的影响，观测所得到的是随时间变化的数据，称之为“时间序列”。动态变形分析过程，所用的的主要参数是变形的频率和幅度，时序分析法所建立的模型为模型，也叫自回归滑动平均模型；4. 灰色系统理论分析法，这种方法是把时间序列看成在一定时空区域内变化的灰色过程，认为离
