石塘水电站高程监测网稳定性分析
2008-01-16 15:54:32 来源:
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电力18讯: 摘 要:简述了石塘水电站高程监测网的布置、观测及其精度,利用四期观测资料进行监测网总体稳定性检验和单点变形定位,从而掌握了监测网点在监测时段内的稳定情况,进而确定了水准基点。
关键词:高程;监测网;监测资料;稳定性;数据分析;石塘水电站
1 监测网布置、观测及其精度
石塘水电站位于浙江省云和县境内的瓯江支流大溪上,拦河坝为混凝土重力坝,坝基岩体为凝灰岩,坝顶全长252.5m,坝顶高程104.9m,最大坝高38.9m,水库正常蓄水位102.5m。
石塘水电站高程监测网由K1、K2-1、K2-2、K3、K4和大泉2(以下简称DQ2)六个水准点组成(见图1)。其中K1、K3、DQ2位于右岸,距大坝直线距离分别为1 180、175、832m;K2-1、K2-2、K4位于左岸,距大坝直线距离分别为1 216、1 261、179m。K3、K4两点用于直接监测大坝坝顶垂直位移,DQ2系二等施工控制网点,垂直位移监测网的起始值通过联测该点获得。网点间高差最大约19m。六个水准点中,K2-1、K2-2点位覆盖层较厚,采用了深埋钢管标,埋设时先用钻机钻到新鲜基岩2m以下,埋入钢管并灌浆使之与基岩结合。另外,由于K2-1、K2-2点地形、地质情况基本相似,故采用相同构造的水准点(见图2);其余四个水准点均建在出露的新鲜基岩上,施工时先在基岩上凿出约0.5m×0.5m×0.5m的小坑,坑内回填混凝土,埋设铜头水准标志,上设保护盖。
监测网由一个大的闭合环组成,1992年12月、1994年1月、1995年10月、1998年10月(以下简称第1、第2、第3、第4期)对全网进行了四期观测。在首次观测前,用S3水准仪草测整个水准路线,选定测站和水准尺的永久置放位置,水准路线总长3.060km,共80个测站。
四期观测完全按《混凝土大坝安全监测的技术规范》和《国家一、二等水准测量规范》的要求实施。各测段往返测和环形闭合差均小于允许闭合差,按计算得每测站平均高差中误差分别为±0.091、±0.075、±0.072、±0.085mm,均小于规范要求的±0.1mm。
现根据四期观测资料对监测网各水准点进行稳定性分析。
2 高程监测网稳定性分析
2.1 对各期监测资料进行秩亏自由网平差
每期观测值的权由公式P=C/S计算(C取1km,S为各测段路线长度,以km计),六个水准点的高程近似值在各期取相同值,即H0=(86.0902 90.6401 90.0438 105.0464 101.1274 87.9240)T(m),采用相似变换法将经典自由网的平差结果进行转换,得出秩亏自由网平差结果(见表1)。
2.2 监测网总体稳定性检验
用平均间隙法对监测网点在第1~2、2~3、3~4、1~4期时间段分别进行总体稳定性检验。计算出各点在两期间的坐标差d=X2-X1及其协因数阵Qd=Qx1x1+Qx2x2。由于各期观测的网形一致,Qd=2 Qxx,于是相应的权阵Pd=Qd+=Qd(Qdd-Qd(QdQd)-Qd。
设坐标差加权平方和为R,则R=dTPdd。作统计量F=R/(f2μ0),F服从Fα(f,j)分布,
式中μ0为两期观测的单位权中误差的综合估计值,f为必要观测数,j为网点总数。在一定的显著水平α下,若F>Fα(f,j),则应认为网中存在动点,否则可认为监测网稳定。统计量F的计算见表2。取α=0.05,经检验,监测网在第1~2、1~4期时间段内保持稳定,而在第2~3、3~4期时间段内判断为整体位移。
平均间隙法检验对位移的判断是相对于平均点位而言的,因此总体检验水平显著时,不一定所有的点位移都显著;反之,检验水平不显著时,可能个别点位移超限。下面对监测网各水准点的变形进行定位。
2.3 监测网点变形定位
用稳定估计法对监测网点变形进行定位,其基本方法如下:
设由任意的自由网平差法(可采用经典、拟稳或以任意参考基准)对两期资料进行平差,求得位移量d=X2-X1和协因数阵Qdd,给定参考基准CTX=0①,将位移d相似变换到所给的基准①中去,得出新基准下的位移dc及协因数阵Qdcdc。由相似变换公式知:dc=(I-Y(YTP(dc)Y)-1 YTP(dc))d=Bd②,Qdcdc=BQddBT③,式中Y对高程监测网来说为Yj×1=(1/j 1/
j … 1/j)T,P(dc)为对角阵,即P(dc)=diag(P(dc1) P(dc2) … P(dcj)),其中变换因子D=-(YTP(dc)Y)-1 YTP(dc)d④。考虑式④,式②可写成dc=d+YD⑤。众所周知,以最小二乘法原则为根据的变形分析是以某种拟稳基准求出d。现在用稳健估计方法来定位dc,相应地也存在某一种基准。式⑤相当于观测方程,可在dcTP(dc)dc=min进行平差。为了求得与实际尽可能吻合的位移向量,关键在于权P(dc)的确定。但权函数P(dc)是dc的某种稳健函数,在计算前无法知道,解决的办法只能是用迭代方法。先给一个初始值dc(0),由某种稳健迭代权函数式算得迭代权,进一步由式⑤计算dc(1),再计算迭代权,一直进行到收敛为止,最后确定的dc与Qdcdc即为与实
关键词:高程;监测网;监测资料;稳定性;数据分析;石塘水电站
1 监测网布置、观测及其精度
石塘水电站位于浙江省云和县境内的瓯江支流大溪上,拦河坝为混凝土重力坝,坝基岩体为凝灰岩,坝顶全长252.5m,坝顶高程104.9m,最大坝高38.9m,水库正常蓄水位102.5m。
石塘水电站高程监测网由K1、K2-1、K2-2、K3、K4和大泉2(以下简称DQ2)六个水准点组成(见图1)。其中K1、K3、DQ2位于右岸,距大坝直线距离分别为1 180、175、832m;K2-1、K2-2、K4位于左岸,距大坝直线距离分别为1 216、1 261、179m。K3、K4两点用于直接监测大坝坝顶垂直位移,DQ2系二等施工控制网点,垂直位移监测网的起始值通过联测该点获得。网点间高差最大约19m。六个水准点中,K2-1、K2-2点位覆盖层较厚,采用了深埋钢管标,埋设时先用钻机钻到新鲜基岩2m以下,埋入钢管并灌浆使之与基岩结合。另外,由于K2-1、K2-2点地形、地质情况基本相似,故采用相同构造的水准点(见图2);其余四个水准点均建在出露的新鲜基岩上,施工时先在基岩上凿出约0.5m×0.5m×0.5m的小坑,坑内回填混凝土,埋设铜头水准标志,上设保护盖。
监测网由一个大的闭合环组成,1992年12月、1994年1月、1995年10月、1998年10月(以下简称第1、第2、第3、第4期)对全网进行了四期观测。在首次观测前,用S3水准仪草测整个水准路线,选定测站和水准尺的永久置放位置,水准路线总长3.060km,共80个测站。
四期观测完全按《混凝土大坝安全监测的技术规范》和《国家一、二等水准测量规范》的要求实施。各测段往返测和环形闭合差均小于允许闭合差,按计算得每测站平均高差中误差分别为±0.091、±0.075、±0.072、±0.085mm,均小于规范要求的±0.1mm。
现根据四期观测资料对监测网各水准点进行稳定性分析。
2 高程监测网稳定性分析
2.1 对各期监测资料进行秩亏自由网平差
每期观测值的权由公式P=C/S计算(C取1km,S为各测段路线长度,以km计),六个水准点的高程近似值在各期取相同值,即H0=(86.0902 90.6401 90.0438 105.0464 101.1274 87.9240)T(m),采用相似变换法将经典自由网的平差结果进行转换,得出秩亏自由网平差结果(见表1)。
2.2 监测网总体稳定性检验
用平均间隙法对监测网点在第1~2、2~3、3~4、1~4期时间段分别进行总体稳定性检验。计算出各点在两期间的坐标差d=X2-X1及其协因数阵Qd=Qx1x1+Qx2x2。由于各期观测的网形一致,Qd=2 Qxx,于是相应的权阵Pd=Qd+=Qd(Qdd-Qd(QdQd)-Qd。
设坐标差加权平方和为R,则R=dTPdd。作统计量F=R/(f2μ0),F服从Fα(f,j)分布,
式中μ0为两期观测的单位权中误差的综合估计值,f为必要观测数,j为网点总数。在一定的显著水平α下,若F>Fα(f,j),则应认为网中存在动点,否则可认为监测网稳定。统计量F的计算见表2。取α=0.05,经检验,监测网在第1~2、1~4期时间段内保持稳定,而在第2~3、3~4期时间段内判断为整体位移。
平均间隙法检验对位移的判断是相对于平均点位而言的,因此总体检验水平显著时,不一定所有的点位移都显著;反之,检验水平不显著时,可能个别点位移超限。下面对监测网各水准点的变形进行定位。
2.3 监测网点变形定位
用稳定估计法对监测网点变形进行定位,其基本方法如下:
设由任意的自由网平差法(可采用经典、拟稳或以任意参考基准)对两期资料进行平差,求得位移量d=X2-X1和协因数阵Qdd,给定参考基准CTX=0①,将位移d相似变换到所给的基准①中去,得出新基准下的位移dc及协因数阵Qdcdc。由相似变换公式知:dc=(I-Y(YTP(dc)Y)-1 YTP(dc))d=Bd②,Qdcdc=BQddBT③,式中Y对高程监测网来说为Yj×1=(1/j 1/
j … 1/j)T,P(dc)为对角阵,即P(dc)=diag(P(dc1) P(dc2) … P(dcj)),其中变换因子D=-(YTP(dc)Y)-1 YTP(dc)d④。考虑式④,式②可写成dc=d+YD⑤。众所周知,以最小二乘法原则为根据的变形分析是以某种拟稳基准求出d。现在用稳健估计方法来定位dc,相应地也存在某一种基准。式⑤相当于观测方程,可在dcTP(dc)dc=min进行平差。为了求得与实际尽可能吻合的位移向量,关键在于权P(dc)的确定。但权函数P(dc)是dc的某种稳健函数,在计算前无法知道,解决的办法只能是用迭代方法。先给一个初始值dc(0),由某种稳健迭代权函数式算得迭代权,进一步由式⑤计算dc(1),再计算迭代权,一直进行到收敛为止,最后确定的dc与Qdcdc即为与实
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