安全监测各类仪器成果计算方法.docx
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安全监测各类仪器成果计算方法
安全监测资料成果计算方法汇编
1应变计的计算
1.1差阻式应变计数据的格式以及总应变的计算
日期(年月日时分)
电阻值
(Rt)
总电阻
(Rs)
芯线电阻
(2r)
电阻比
(Z)
温度
成果
计算公式:
温度:
T=α’(Rt-RO)
成果:
εm=k(Z-Z0)+(b-αc)·(Ti-T0)
(1)
式中:
T-温度
α’-仪器的温度系数
RO-0℃时仪器的计算电阻
εm-应变计的总应变με
Z0-电阻比的基准值0.01%
Zi-电阻比的观测值0.01%
b-仪器的膨胀修正系数。
αc-为砼的膨胀系数,通常αc在5.6~12.0×10-6/℃范围内。
一般情况下取10×10-6/℃。
K-仪器的校正系数。
注意:
当仪器有一根芯线断或其它原因异常情况下,采取4线观测时,测值只有:
RS、2r、和Z4情况下,需要将结果换算成上述计算的参数,进行计算。
其中:
Rt=RS-2r
(2)
Z=Z4+(Z4-1)2r/Rt(3)
1.2振弦式应变计数据的格式以及总应变的计算
日期(年月日时分)
频率读数(digit)
温度(℃)
温度
成果
计算公式:
εm=k(Li-L0)+(b-αc)·(Ti-T0)(4)
式中:
εm-应变计的总应变με,
Li-频率模数,物理含义为频率的平方除以1000。
L0-频率模数的基准值。
1.3单支应变计和无应力计
单支应变计和无应力计均按照上式
(1)和(4)进行计算。
无应力计计算时成果代号为εg。
1.4应变计组单轴应变的计算
1.4.1应力应变的计算
应力应变计算式:
ε=εm-εg
1.4.2两向应变计组单轴应变的计算
其中:
μ-混凝土的泊松比,一般常用0.16。
1.4.3三向应变计组单轴应变的计算
1.4.4五向应变计组单轴应变的计算
对于5向应变计组应进行平衡修正和单轴应变计算:
如图所示的5向应变计,其平衡修正按下面进行。
(1)平衡误差计算,按照弹性理论,两直交轴应变(应力)之和相等或等于一常熟,即ε1+ε3=ε2+ε4。
由于仪器及安装影响,不可能完全平衡,存在一定误差,其误差Δ=(ε1+ε3)-(ε2+ε4)。
(2)误差分配:
若按平面问题考虑,一般误差在15με范围进行分配,若误差过大,表示其中某一些仪器存在问题最大误差不宜超过25με。
误差分配时,ε1、ε3仪器的的误差分配为:
Δ1=Δ3=-Δ/4,ε2、ε4仪器的的误差分配为:
Δ1=Δ3=Δ/4。
分配误差后各仪器的应变分别为:
ε10=ε1-Δ/4ε20=ε2+Δ/4
ε30=ε3-Δ/4ε40=ε4+Δ/4
(3)单轴应变计算
根据平衡修正后的应变在计算单轴应变,由于采用5向应变计组,单轴应变按照空间问题进行计算,其计算式为:
泊松比μ=1/6
(4)剪应变计算
γz=ε30-ε10或γz=2ε30-(ε20+ε40)
2常规差阻式仪器的计算
2.1差阻式仪器的数据的格式以及成果计算
2.1.1常规差阻式仪器包括:
测缝计、裂缝计、钢筋计、位移计
日期(年月日时分)
电阻值
(Rt)
总电阻
(Rs)
芯线电阻
(2r)
电阻比
(Z)
温度
成果
计算公式:
温度:
T=α’(Rt-RO)
成果:
J=k(Z-Z0)+b(Ti-T0)
式中:
T-温度
α’-仪器的温度系数
RO-0℃时仪器的计算电阻
J-成果
Z0-电阻比的基准值0.01%
Zi-电阻比的观测值0.01%
b-仪器的膨胀修正系数。
K-仪器的校正系数。
注意:
当仪器有一根芯线断或其它原因异常情况下,采取4线观测时,测值只有:
RS、2r、和Z4情况下,需要将结果换算成上述计算的参数,进行计算。
其中:
Rt=RS-2r
(2)
Z=Z4+(Z4-1)2r/Rt(3)
2.1.2差动电阻式仪器渗压计
计算公式为:
P=k(Z-Z0)-b(Ti-T0)
式中:
各个符号的含义同上,差异就是温度修正系数前为减号(“-”)。
2.1.3钢板计的计算
计算公式:
σ=[f×ΔZ+(b-αs)×ΔT]×E
其中:
b-应变计温度补偿系数。
αs-钢板的膨胀系数12.0×10-6/℃。
E-压力钢管的弹模。
一般取值为0.205×10-6MPa。
3振弦式仪器的成果计算
3.1原始数据输入格式
日期(年月日时分)
频率读数(digit)
温度(℃)
温度
成果
通用计算公式为;
DT=GF×(Li-L0)+TK·(Ti-T0)
式中;DT-为温度修正后的成果
GF-仪器系数(mm/L·U)
Li、Ti分别为线性读数和温度的观测值
L0、T0分别为线性读数和温度的基准值
TK-为温度修正系数。
3.2渗压计或压力计计算
DT=GF×(L0-Li)+TK·(Ti-T0)
一般情况下,厂家计算值正号表示压应力,但国内负号表示受压,应成果乘以-1。
符号的含义同上。
3.3多项式计算公式
3.3.1二次多项式计算
DT=A×F2+B×F+C
式中:
A、B、C-均为仪器厂家的计算参数;
F-仪器的频率模数,单位digit。
3.3.2四次多项式计算
DT=A×F4+B×F2+C
式中:
A、B、C-均为仪器厂家的计算参数;
F-仪器的频率(HZ)。
3.4钢板计计算
σ=[GF×(L0-Li)+(TK-αs)(Ti-T0)]×E
式中:
αs-钢板的膨胀系数12.0×10-6/℃。
E-压力钢管的弹模。
一般取值为0.205×10-6MPa。
其余符号同上。
4锚索测力计
4.1差动电阻式锚索测力计
差阻式锚索测力计的数据格式以及成果计算:
日期(年月日时分)
电阻值
(Rt)
总电阻
(Rs)
芯线电阻
(2r)
电阻比
(Z)
温度
成果
温度计算公式:
t=α′×(Rt-R0′),60℃≥t≥0℃时;
t=α″×(Rt-R0′),0℃≥t≥-25℃时;
式中:
t-测点温度(℃)
Rt-仪器的电阻测值(Ω)
R0′-仪器计算冰点电阻值(Ω),由本厂所附卡片给出
α′-仪器零上温度系数(℃/Ω),由本厂所附卡片给出
α″-仪器零下温度系数(℃/Ω),由本厂所附卡片给出
压力计算公式:
P=f×(Z-Z0)
式中:
P-锚索的预加压力(kN),负号为压力
f-锚索测力计的最小读数(kN/0.01%),由本厂所附卡片给出
Z-电阻比测值
Z0-电阻比基准值(可取预加应力前的电阻比测值)
4.2振弦式锚索测力计
4.2.14弦振弦式锚索测力计数据输入格式和计算
日期
(年月日时分)
频率读数(digit)
平均值
温度(℃)
成果
兰线
黑线
红线
黄线
4.2.26弦振弦锚索测力计数据输入格式和计算
日期
(年月日时分)
频率模数(digit)
平均值
温度
(绿白)
成果
兰线
黑线
红线
黄线
紫线
灰线
计算公式:
P(KN)=G(F-F0)+K(T-T0)
式中:
P-锚索测力计的张拉荷载,kN;
G-仪器的率定系数,最小读数;
F-频率模数的平均值的观测值;
F0-仪器在安装前自由状态频率模数的平均值;
K-仪器的温度修正系数。
注:
当锚索测力计其中一个或者多个振弦的频率模数无法观测时,可以利用过去观测的数据进行回归计算,求得计算的平均频率模数。
方法如下:
利用失效前,没有失效的传感器对应的频率模数的平均值与全部传感器测值的平均值进行回归计算,求得一个计算公式,将失效后完好的频率模数代入计算公式,求得全部传感器频率模数的平均值参与计算。
5多点位移计
5.1差动电阻式多点位移计
每个传感器的相对位移的输入模块和计算按照差阻式仪器的计算模块进行。
公式如下:
温度:
T=α’(Rt-RO)
成果:
J=k(Z-Z0)+b(Ti-T0)
5.2振弦式多点位移计
每个传感器的相对位移的计算按照振弦式仪器的计算模块进行。
公式如下:
DT=GF×(Li-L0)+TK·(Ti-T0)
5.2.1三点式多点位移计输入格式
日期
(年月日时分)
频率模数(digit)
温度
(绿白)
1#(兰线)
2#(黑线)
3#(红线)
5.2.2四点式多点位移计输入格式
日期
(年月日时分)
频率模数(digit)
温度
(绿白)
1#(兰线)
2#(黑线)
3#(红线)
4#(黄线)
5.2.3五点式多点位移计输入格式
日期
(年月日时分)
频率模数(digit)
温度
(绿白)
1#(兰线)
2#(黑线)
3#(红线)
4#(黄线)
5#(紫线)
5.2.4六点式多点位移计输入格式
日期
(年月日时分)
频率模数(digit)
温度
(绿白)
1#(兰线)
2#(黑线)
3#(红线)
4#(黄线)
5#(紫线)
6#(灰线)
5.3计算成果
多点位移计的计算成果分为锚头相对于孔口的相对位移和锚头的绝对位移。
其中相对位移计算公式参见振弦式仪器的计算公式。
成果报表如下:
日期
(年月日时分)
相对位移(相对与孔口的位移)
绝对位移(最深锚头不动)
温度
1#锚头
2#锚头
3#锚头
孔口位移
1#锚头
2#锚头
3#锚头
最深锚头不动情况下,锚头按照埋深分别为:
1#、2#、3#……n#,绝对位移按下式计算:
孔口位移=n#锚头的相对位移;
1#锚头位移=n#锚头相对位移-1#锚头相对位移;
2#锚头位移=n#锚头相对位移-2#锚头相对位移;
3#锚头位移=n#锚头相对位移-3#锚头相对位移;
……
n#锚头位移=n#锚头相对位移-n#锚头相对位移=0。
6两向、三向测缝计
6.13DM型三向测缝计
数据输入格式:
日期
(年月日时分)
电位器读数
弦长
周边位移
A1
(A1)
A2
(A2)
A3
(A3)
1#弦长
(L1)
2#弦长(L2)
3#弦长
(13)
X
Y
Z
3DM测缝计埋设示意图
弦长计算公式:
L1i=L10+(A1i-A10)/C1
L2i=L20+(A2i-A20)/C2
L3i=L30+(A3i-A10)/C3
式中:
L1i、L2i、L3i-某个时刻位移传感器对应钢丝的弦长;
C1、C2、C3-电位器式位移传感器的率定参数;
L10、L20、L30-位移传感器安装埋设的初始弦长;
A10、A20、A30-位移传感器安装埋设的初始读数;
A1i、A2i、A3i-某个时刻位移传感器读数;
周边位移:
Yi=
-
Zi=
-
Xi=
-
式中:
S-2传感器与3传感器的距离;
H-2传感器与1传感器的距离。
6.23DM型两向测缝计(面板的脱空计)
数据输入格式:
日期
(年月日时分)
电位器读数
弦长
周边位移
A1#
(A1)
A2#
(A2)
1#弦长
(L1)
2#弦长
(L2)
X
Y
弦长计算公式:
L1i=L10+(A1i-A10)/C1
L2i=L20+(A2i-A20)/C2
式中:
L1i、L2i-某个时刻位移传感器对应钢丝的弦长;
C1、C2-电位器式位移传感器的率定参数;
L10、L20-位移传感器安装埋设的初始弦长;
A10、A20-位移传感器安装埋设的初始读数;
A1i、A2i-某个时刻位移传感器读数;
位移计算:
二向测缝计(脱空计)示意图
相对位移计算公式:
Xi=
-
Yi=
-
式中:
H-传感器1和传感器2的距离。
6.3SX型三向测缝计
南自厂按照厂家的公式软件进行连接。
6.4TSJ型三向测缝计计算
6.4.1安装示意图
6.4.2成果计算:
(1)面板的沉陷或抬升变形由3号传感器计算。
计算公式同一般的差阻式仪器:
St=f(Z-Z0)+b(T-T0)
(2)面板的错动位移和开合度由2#传感器监测。
有沉降情况下,测得某时址板与面板的沉降量St,一级相应位移计2的A与C、C与B位移后的距离分别为at和bt。
因面板产生沉降,固定钢板AB和面板上的固定钢板C已不在初始的一个平面上,必须将其换算成初始平面上的距离,计算公式如下:
e=
d=
式中:
at和bt为BC和AC之间的距离。
at=a0+f(Z-Z0)+b(T-T0),bt相同。
其中a0和b0为仪器安装埋设成功后初次观测时BC和AC之间的距离。
由此,按如下公式算出C点的坐标,并与初始的坐标相减得到垂直周边缝的(ΔX)和平行周边缝(ΔY)的位移:
Yt=
Xt=
(ΔX)=Xt-X0
(ΔY)=Yt-Y0
式中:
X0、Y0-均为初始值。
6.4.3数据输入和输出的格式
日期
(年月日时分)
3传感器
2传感器(A)
2传感器(B)
电阻
电阻比
电阻
电阻比
电阻
电阻比
成果输出格式;
日期
(年月日时分)
弦长
周边位移
1#弦长(at)
2#弦长(bt)
X
Y
Z
6.5SXJ型两向测缝计
6.5.1垂直布置的SXJ型两向测缝计
日期
(年月日时分)
3传感器
2传感器
周边位移
电阻
电阻比
电阻
电阻比
X
Z
针对于上述三向测缝计,对于仅仅有沉降和垂直周边缝位移情况下。
只需要安装两支传感器即可;主要针对发生在对称河谷,面板最下部址板与面板连接处的周边缝处。
实测得到相对于面板相对于址板的沉降量St,垂直周边缝的位移计2位移的测值为Xdt,则由下式算出面板的开合度为:
Xt=
(ΔX)=Xt-X0
6.5.2水平布置的SXJ型两向测缝计
日期
(年月日时分)
2传感器(A)
2传感器(B)
周边位移
电阻
电阻比
电阻
电阻比
X
Y
针对于上述三向测缝计,加入没有沉降,此时St=0,安装埋设时,仅仅安装传感器2号。
则上述式中e=at、d=bt,由此得出计算垂直周边缝的和平行周边缝的(ΔX)(ΔY)分别为
Yt=
Xt=
(ΔX)=Xt-X0
(ΔY)=Yt-Y0
7收敛观测
7.1数据输入格式
收敛观测以对称三角形布置为主要计算模块。
数据输入模块如下:
日期
(年月日时分)
AC测线
AB测线
BC测线
温度
(℃)
距离掌子
面的距离(m)
基线长度(m)
测值
(mm)
基线长度(m)
测值(mm)
基线长度(m)
测值
(mm)
7.2收敛量和相对收敛量计算
(1)收敛量计算成果:
收敛量=初始的(基线长度+测值)-观测值(基线长度+测值)+温度变形量,单位mm。
相对收敛量=收敛量/(基线长度+读数),单位%。
收敛速率=收敛量/时间,单位:
mm/d。
注意:
针对收敛计的不同,收敛量的计算公式有区别,当两测点之间距离收敛读数减小的,计算公式与上边的相同。
当两测点之间距离收敛读数增大的,计算公式为:
收敛量=初始的(基线长度-测值)-观测值(基线长度-测值)+温度变形量,单位mm。
温度变形量=α×L(Tn-T0)
式中:
α-收敛计系统的温度膨胀系数,一般采取12×10-6mm/℃*m;
L-基线长度;
T0-收敛计在初始观测时的温度;
Tn-收敛观测时环境温度。
(2)输出的格式:
日期
(年月日时分)
AC测线
AB测线
BC测线
收敛量
(mm)
相对收敛量(%)
收敛
速率(mm/d)
收敛量
(mm)
相对收敛量(%)
收敛
速率(mm/d)
收敛量
(mm)
相对收敛量(%)
收敛
速率(mm/d)
7.3对称三角形的绝对位移计算和成果输出格式
(1)计算图如下:
图2:
轴对称三角形测点位移计算图
由图可知:
△A=h–ht
△B=Lb–Lbt
△C=Lc–Lct
式中:
△A、△B、△C分别为A、B、C三测点的位移。
a和at分别为B、C两测点基线初始长度的基准值和t时刻的测值。
b和bt分别为A、C两测点基线初始长度的基准值和t时刻的测值。
c和ct分别为A、B两测点基线初始长度的基准值和t时刻的测值。
Lc=
(a2+b2-c2)/2a
Lb=a–Lc
h=(c2-Lb2)1/2
同样:
Lct=
(at2+bt2-ct2)/2at
Lbt=at–Lct
ht=(ct2-Lbt2)1/2
利用上式即刻计算出埋设在围岩表面收敛测桩的绝对位移。
(2)成果输出格式
日期
(年月日时分)
A点成果(拱顶下沉)
B点成果
C点成果
距离掌
子面的
距离
位移
(mm)
位移速率
(mm/d)
收敛量
(mm)
位移速率
(mm/d)
收敛量
(mm)
位移速率
(mm/d)
8测压管
8.1电测水位和压力表格式的测压管数据输入格式
日期
(年月日时分)
管口高程
(m)
电测水位计读数(m)
压力表
读数(MPa)
监测水
位(m)
备注
上游水位
下游水位
8.2振弦式渗压计监测的测压管监测形式
日期
(年月日时分)
仪器高程
(m)
频率模数
(gidit)
温度
(℃)
监测水
位(m)
备注
上游水位
下游水位
8.3差阻式渗压计监测的测压管形式
日期
(年月日时分)
仪器
高程
(m)
总电
阻
(Rs)
芯线
电阻
(2r)
仪器
电阻
(Rt)
电阻比
监测水
位(m)
备注
上游
水位
下游
水位
8.4监测水位计算
(1)电测水位计测量时:
监测水位=管口高程-电测水位读数
(2)压力表测量时:
监测水位=压力表高程+压力表读数×1000/9.8。
(3)振弦式渗压计测量时:
监测水位=渗压计高程+G×(L0-Li)+K(T-T0)
(4)差阻式渗压计测量时监测水位=渗压计高程+f(Z-Z0)-b(T-T0)
9量水堰
9.1数据输入格式:
测尺监测的量水堰计:
日期
(年月日时分)
堰顶测尺读数(m)
水位测尺读数(m)
水温
渗流量
备注
上游库水位
9.2量水堰计监测的数据输入格式
日期
(年月日时分)
频率模数
温度
渗流量
备注
上游库水位
9.3计算公式
(1)直角三角堰
Q=1.4H(5/2)
式中:
Q-渗流量,m3/s;
H-堰上水头,m。
(2)矩形堰
Q=mb
H(3/2)
M=〔0.402+0.054(H/P)〕
式中:
Q-渗流量,m3/s;
b-堰宽,m;
H-堰上水头,m;
P-堰顶板至堰顶的距离,m。
(3)梯形量水堰。
推荐计算公式 Q=1.86bH3/2
式中:
b—堰口宽底;其余同前。
(4)侧收缩矩形量水堰。
推荐计算公式 Q=mb21/2gH3/2
式中:
m=(0.402+0.054H/P)
9.4堰上水头的计算
(1)测尺量测时,堰上水头=测尺读数-堰顶测尺读数
(2)量水堰计量测时,堰上水头=量水堰计安装时的堰上水头+G×(L-L0)。
式中:
G-量水堰计的灵敏度系数;
L0-量水堰计安装初期的读数;
L-量水堰计的观测读数。
10水管式沉降仪
水管式沉降仪的数据输入格式如下,暂时按照6点式进行设计,编程时最大按照15点设计表格。
输入的格式根据每套水管式沉降仪的测点数量定。
日期
(年月日时分)
量管读数
观测房高程
1#
2#
3#
4#
5#
6#
监测成果表格;
日期
(年月日时分)
累积沉降量
1#
2#
3#
4#
5#
6#
累积沉降量=(调试成功时观测房高程-观测房高程)+(调试成功时量管读数-量管读数)
11电磁式沉降仪
11.1电磁式沉降仪的数据输入格式
11.1.1基准值的输入格式:
沉降环的编号按照由下向上编号。
沉降环序号
与管口距离
初始高程
沉降环间的间距
沉降环下土层厚度
1
2
3
4
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