Алматы 2017 январь
Рис.1. Последовательность производства работ по лазерному сканированию
жүктеу/скачать 28,19 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Организация геодезического мониторинга сооружений промплощадки рудника Майкаин.
- Рис. 3
- И.А. Базанова
- Ключевые слова
- Эмпирические зависимости для прогнозирования лавинной опасности по данным зондирования конусным зондом [7,с. 111-122]
Рис.1. Последовательность производства работ по лазерному сканированию Мониторинг объектов с применением ГНСС. Глобальная навигационная спутниковая систе- ма (ГНСС) – это система, при помощи которой можно получить координаты в любой точке земной поверхности путем обработки спутниковых сигналов[5]. Любая глобальной навигационной спутнико- вая система (ГНСС) состоит из трех блоков: космического, наземного управления и пользовательского (рис.2).
Рис.2. Составляющие ГНСС ● Науки о Земле
№1 2017 Вестник КазНИТУ 54 Космический блок представлен созвездием спутников, передающих информацию о своем по- ложении на орбите; наземный блок состоит из не подвижных станций, обеспечивающих мониторинг и контроль положения спутников, а также их технического состояния; пользовательский блок - это люди различных профессий, использующие спутниковые приемники для определения своего место- положения на земной поверхности. Определение координат по наблюдениям навигационных спутников возможно следующими методами [6]: 1) абсолютным, когда координаты получают одним приёмником в системе координат искус- ственного спутника Земли (ИСЗ) методом засечки положения приёмника от космического аппарата (КА) с известным положением. Метод также носит название «точечное позиционирование»; 2) дифференциальным, когда наблюдения выполняются не менее чем двумя приёмниками, один из которых расположен на опорном пункте с известными координатами, а второй – на опреде- ляемом. Метод обеспечивает «мгновенные» решения, или решения в реальном времени; 3) относительным, когда одновременно выполненные на опорном и определяемом пунктах наблюдения обрабатываются совместно. В этом методе определяют вектор, соединяющий опорный и определяемый пункты, или так называемый «вектор базовой линии». В каждом из методов наблюдения могут быть выполнены в режимах статики и кинематики. В первом случае оба приёмника стационарны, во втором – один приёмник неподвижен, а другой пере- мещается. Статическое позиционирование позволяет повысить точность определений за счёт накоп- ления данных. Относительное позиционирование по фазовым измерениям является наиболее точным методом определения координат и используется в геодезии наиболее часто. Кинематическое позици- онирование даёт возможность получать траекторию движения объекта, на котором установлен по- движный приёмник - ровер. В широком смысле под мониторингом понимается наблюдение за окружающей средой, пред- ставляющей собой динамическую, то есть постоянно изменяющуюся систему с целью ее контроля, изучения, прогноза и охраны [7]. Мониторинг деформаций инженерных сооружений с применением спутниковых технологий становится обычным явлением. Главное преимущество мониторинга с применением ГНСС состоит в его непрерывном характере, что возможно и в реальном масштабе времени, и с обработкой. Организация геодезического мониторинга сооружений промплощадки рудника Майкаин. Объектом геодезического мониторинга являются элементы конструкции путепровода: опоры и верхнее строение. Задача геодезического мониторинга – определять с заданной точностью и частотой количественные характеристики деформаций опор и верхнего строения моста. Вид насыпного со- оружения путепровода «Город-промплощадка» в зоне влияния горных работ рудника Майкаин, представлены на рис. 3.
Рис. 3. Путепровод промплощадки Майкаинского месторождения, в зоне влияния горных работ ● Жер туралы ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017 55 Для решения этой задачи была заложена наблюдательная станция(сеть опорных и деформа- ционных пунктов), на которых выполнены повторные геодезические наблюдения за деформациями элементов конструкций сооружения(рис.4). Предметом геодезического мониторинга являются вели- чины и изменения плановых и высотных координат пунктов деформационной сети на верхнем строе- нии моста и на его опорах.
Для оценки технического состояния сооружений выполнен комплекс высокоточных геодезиче- ских измерений несущих и ограждающих конструкций сооружений промплощадки по разработанной методике высокоточных инструментальных наблюдений, которая объединяет в единую систему мо- ниторинг за состоянием прибортового массива карьера Майкаин и за конструктивными элементами зданий и инженерных сооружений промплощадки. Наблюдения базируются на общей системе опор- ных пунктов, что позволяет исключить исходные погрешности привязки и ориентирования и устано- вить прямую связь между смещениями массива и деформациями несущих конструкций сооружений для обеспечения надежности и безопасности их эксплуатации. По результатам проведенного мониторинга сооружений промплощадки выявлено следующее: а) на юго-западном борту карьера на верхних горизонтах расположены опоры путепровода в зоне опасных деформаций, по результатам деформационных марок можно сделать вывод, что опоры имеют вертикальное смещение до (-) 36мм, 4 репера попали в зону обрушений. б) определение крена опоры выполнялось способом координат безотражательным методом с помощью электронного тахеометра TSR 1201. По состоянию на осень 2016г выполнено обследование опорной нивелирной и деформационной сети обследуемого сооружения, установлена пригодность ее пунктов и осадочных марок для выпол- нения геодезических наблюдений. ЛИТЕРАТУРА [1] ГОСТ 24846-81 «Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений». [2] Геодезические методы исследования деформаций сооружений / Зайцев А.К., Марфенко С.В., Михе- лев Д.Ш. и др. – М.Недра, 1991. - 272 с. [3] Лазерное сканирование. Каталог компании «Навгеоком», 2006. [4] Наземное лазерное сканирование. Введение в технологию. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gsi.ru/catalog.phpid=1 [5] Нурпеисова М.Б . Космическая геодезия(учебник)- Алматы: Фолиант, 20127-324с. [6] Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии.; ГОУ ВПО «Сибирская государственная академия». – М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2006. - 360 с. [7] Жуков Б.Н., Карпик А.П. Геодезический контроль инженерных объектов промышленных предприя- тий и гражданских комплексов.- Новосибирск: СГГА, 2003. – 356 с. [8] Курманбаев О.С., Нурпеисова М.Б. Мониторинг состояния прибортовых массивов и инженерных сооружений. //Материалы ХХVI международной научной школы. Симферополь: Крымский федеральный уни- верситет, 2016.-С.51-55.
● Науки о Земле
№1 2017 Вестник КазНИТУ 56 Нұрпейісова М.Б., Курманбаев О.С. Инженерлік құрылыстардың деформацияларын геодезиялық бақылау әдісінтерін жетілдіру Түйіндеме. Мақалада инженерлік құрылыстар деформацияларының сипаттамаларын анықтау үшін қол- данылатын дағдылы геодезиялық бақылаулардың әдістерімен қатар, заманауи аспаптар мен технологияларына шолу жүргізіледі. Майқайың кен орнының өтпежолына геодезиялық мониторинг ұйымдастыру туралы мәлімет келтірілген. Түйінді сөздер: инженерлік құрылыстар, деформациялар, мониторинг, геодезиялық бақылаулар, аспаптар.
Nurpeisova M.B., Kurmanbaev O.S. Modern methods of geodetic observations over deformations of engineering structures Summary. The article provides an overview of the classical methods of geodetic observations, and modern equipment and technology used to quantify the characteristics of deformation of engineering structures. The data on the organization of geodetic monitoring of overpass at the Maykain mine.
.
УДК 625.768.5 И.А. Базанова, НАО «КазНИТУ им. К.И.Сатпаева, Г.С. Мусаева, Каз АТК им. М.Тынышпаева, Т.С. Саржанов (КУПС)
опасности, созданные в производственных и научно-производственных организациях гидрометслужбы, полу- чившие практическое применение после производственных испытаний, и теоретические изыскания научных организаций, чаще всего так и не используемые при прогнозе. В статье приводиться краткий обзор по методике определения лавинной опасности и эмпирические зависимости для прогноза по данным обследования конуса (сопротивление, сцепление, относительные прочности). В известных формулах авторами учтены температур- ные переходы с учетом этих характеристик и зная интенсивность выпадения осадков, может быть определено время начала лавиноопасного периода. Уравнение решено методом подбора. Методики прогнозирования лавиноопасного периода разработаны и для других лавиноопасных горных районов с учетом специфики местных физико-географических и климатических условий. Они базируются на имперических формулах, графиках и номограммах, построенных на основании статистических данных.
Поставленные на научную основу регулярные наблюдения за снежными лавинами были начаты в начале 30-х годов в СССР (Хибинский горный массив) и в Швейцарии. Накопленные опыт и данные позволили уже через несколько лет приступить к прогнозированию лавинной опасности территорий. Первоначально прогнозы составлялись на интуиции исследователей. Интуитивный подход к оценке возможности схода лавин сохранялся достаточно длительный промежуток времени. К примеру, с позиций индуктивной логики строилась система прогнозирования лавин в США и Канаде [1,2]. Уже к концу 30-х годов появились и первые методики прогноза. И.К.Зеленой создал и применил на практике методику прогноза лавин во время метелей [3]. Впоследствии, когда снеголавинными наблюдениями были охвачены многие горные районы различных стран мира, в помощь специалистам по прогнозу лавинной опасности были разработаны многочисленные методики, использующие различные способы определения лавинной опасности. Такие методики созданы для многих горных регионов страны. Однако из упомянутых в [4,с. 45] 63 методик прогноза к концу 80-х прошли производственную проверку и применялись на практике менее половины. На этот момент только Сахалинское, Иркутское и Колымское управления гидрометслужбы и Цех противолавинной защиты комбината «Апатит» внедрили в производство прогностические модели [5,с. 40 ]. В литературе по лавинным исследованиям опубликованы методики прогноза лавинной опасности, созданные в производственных и научно-производственных организациях гидрометслужбы, получившие практическое применение после производственных испытаний, и теоретические изыскания научных организаций, чаще всего так и не используемые при прогнозе.
● Жер туралы ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017 57 Метод прямого (полевого) определения лавинной опасности. В состав регулярных снегола- винных наблюдений входят изучение стратиграфии снежной толщи, замеры толщины снежного по- крова, определение физико-механических свойств снега, плотности временного сопротивления сдви- гу и разрыву твердости предела прочности и др. Измерения проводятся в непосредственной близости от лавинных очагов на безопасных участках, имеющих по мере возможности, сходные с лавиноопас- ными склонами параметры (крутизна, экспозиция). Простейшая статистическая обработка данных
наблюдений позволяет установить эмпирические зависимости, позволяющие используя результаты измерений, определить возможность обрушения лавин (таблица 1 ). По мере накопления материалов строятся типовые совмещенные стратиграфические колонки и эпюры распределения прочностных характеристик по вертикальному профилю, сравнением с которыми оценивается степень лавинной опасности и определяется тип ожидаемых лавин [6]. Лавинными службами многих стран разработаны системы тестов устойчивости снежной толщи. В ходе тестов выявляются, ослабленные слои и оценивается усилие, необходимое для сдвига и просадки снежного пласта на конкретном горном склоне (в лавинном очаге). При этом, для оценки используются как количественные, так и качественные определения. Простейшие действия с применением подручных средств (лопата, лыжи) позволяют определить степень лавинной опасности на горном склоне не только специалистам, но и всем работающим и отдыхающим в горах.
Таблица 1. Эмпирические зависимости для прогнозирования лавинной опасности по данным зондирования конусным зондом [7,с. 111-122]
Лавинная опасность Сопротивление зонду R, кг Сцепление С»1,4R кг/дм2 Соотношение прочности соседних слоев
Серьезная (лавина может возникнуть в ближайшее время) Менее 1,5 Менее 2
Более 4 Средняя (лавина может возникнуть при механическом нарушении снежного покрова) 1,5-5
2-7 2,5-4
Низкая (почти полностью отсутствует угроза возникновения лавины) 5-21 7-30
2,5-1,5 Отсутствует Более 21 Более 30 Менее 1,5
Так называемый «тест лопатой» (Shovel Shear Test) [8] выполняется на вырезаемом в снежной толще блоке снега. Усилие, требуемое для отрыва вырезанного блока снега, оцениваемое качественно, является субъективным показателем устойчивости снега. На основании наблюдений делаются выводы о степени лавинной опасности склонов. Если снег очень неустойчив, то слабый слой отрывается сразу же, как только вырезаются все четыре грани блока. Если отрыва не происходит, то его можно вызвать, толкая блок лопатой вниз по склону. В последние годы для испытания снега применяются «тест скользящего блока» (Rutschblock Test), разработанный специалистами Швейцарского института снеголавинных исследований [9,с. 122-130] и его модификации. Проверка снежного покрова на склоне выполнется лыжником на вырезанных в снежной толще блоках. Лыжник производит 7 определенных действий, располагаясь над блоком снега и перемещаясь по нему, последовательно увеличивая нагрузку. Испытания производятся до разрушения блока. Интерпретация полученных результатов – определение степени лавинной опасности – осуществляется в соответствии с разработанными в ряде стран стандартами [10,с. 202-210]. В простейшем виде разрушение при 1-3 действиях означают нестабильное состояние снежного пласта на склоне, которое будет нарушено под действием лыжника; при 4-5 предполагается устойчивое состояние, однако отдельный лыжник может вызвать обрушение лавины; 6-7 – обрушение лавины лыжником маловероятно. Значительные размеры испытываемого блока (на порядок ближе к реальному снежному пласту на склоне) выгодно отличают данный тест от большинства других. Полевые наблюдения являются наиболее эффективным способом определения возможности обрушения лавин, длительного развития.
● Науки о Земле
№1 2017 Вестник КазНИТУ 58 Методы распознавания образов. Образ – это описание любого элемента как представителя соответствующего класса образов, который в свою очередь определяется как некоторая категория, обладающая рядом свойств, общих для всех ее элементов. Применительно к лавинам под образом следует понимать набор значений конечного числа n параметров, характеризующих снежно- метеорологическую ситуацию. В n- мерном пространстве образ определяется вектором x=(x
1 , x
2 ,…,x
n ), где x
i – значения параметров. Очевидно, что для целей прогноза лавинной опасности выделяются два класса образов: класс лавиноопасных и нелавиноопасных ситуаций. Далее, для того чтобы опознать неизвестный вектор х, необходимо сопоставить его с некоторым эталоном соответ- ствующего класса [11].
метеорологической информации и сведений о снегонакоплении. Такой анализ позволяет давать прогноз для целой горной страны, хребта или отбельных крупных территорий с большой заблаговременностью - 1-3 суток. Прогноз выдают в форме: "Лавиноопасно" или "Нелавиноопасно". Он определяет возможность схода лавин без указания их размеров и конкретных мест схода.
участков, групп лавинных очагов, угрожающих объектам, и т.д. для прогноза такого масштаба используют две группы методов, основанные на изучении устойчивости снежной толщи на склонах и анализе метеорологических условий, приводящих к сходу лавин. Заблаговременность таких прогнозов не превышает нескольких часов, что позволяет проводить мероприятия по своевременному предупреждению и спасению людей. Детальный прогноз лавинной опасности составляют для отдельного лавинного очага или горного склона. Он основан на изучении устойчивости снежной толщи и анализа метеорологических условий. Принятию прогностического решения предшествует определение устойчивости снега на склоне. При детальном прогнозе оценивают возможные размеры ожидающихся лавин. Такая оценка необходима для аварийно-спасательных и восстановительных работ. Расчетные методы прогноза лавин основаны на данных непосредственных наблюдений за ходом метеорологических элементов и изменениями в снежной толще. Теоретической основой для расчетных методов прогнозов является уравнение устойчивости снежного покрова на склоне. Формула для расчета критической мощности снежного покрова для лотковых лавин имеет вид
, ) cos (sin
mp cn cd кр СП f С Н (1) где
cd С - сопротивление сдвигу; cn - объемный вес снежного покрова; mp f - коэффициент внутреннего трения;
- угол наклона склона. Существуют несколько расчетных методов прогнозов, каждый из которых предназначен для определенных условий образования лавин: прогноза лавин, связанных со снегопадами и метелями; прогноза лавин, связанных с оттепелями; прогноза лавин, возникающих при выпадении дождя на снежный покров при весеннем снеготаянии и радиационных оттепелях; прогноз лавин, возникающих при резком понижении температуры; прогноз лавин, возникающих при воздействии нескольких факторов. Прогноз лавин, обусловленных снегопадами, основан на уравнении (1). Зная величину
в м, время наступления лавиноопасного периода лп Т в часах от начала снегопада можно определить из уравнения
сп СП лп i Н Т кр , (2) где сп i - интенсивность нарастания снежного покрова в м/час, или из уравнения:
. ) (sin сos f i С Т тр сп сп cd лп (3) Величины сп i
,
С ,
f определяют экспериментально в лавиносборе, типичном для данного района, и на типичной высоте.
● Жер туралы ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017 59 Для выдачи прогноза необходимо: определить время начала снегопада до момента образования слоя нового снега толщиной 3-5 см, откуда находят ведичину
в м/ч; определить экспериментальным путем
,
С ,
f ; подставив полученные значения в уравнение (3.), рассчитать момент наступления лавиноопасного периода. Дальнейшее упрощение методики прогнозирования возможно при использовании зависимостей вида:
) (
лп i F Т (4) или ) (R F Т лп , (5) где R - интенсивность осадков в мм/мин. Для метелевых лавин аналогично прогноз можно выдавать, используя уравнение (1). Для районного прогноза используют зависимость вида:
);
F Т лп (6) ) (m F Т лп , (7) где V - скорость ветра в м/с; m - величина метелевого переноса в г/см 2 мин. Прогноз лавин, связанных с оттепелями, возможен для целого района. В общем виде уравнение для определения начала лавиноопасного периода имеет вид:
), , , (
от лп Т t t F Т от (8) где
t - максимальная температура за время оттепели;
- интенсивность повышения температуры во время оттепели; Т от – продолжительность оттепели. Все эти параметры оказывают влияние на величину С в правой части уравнения (8.). Для случая прогнозирования лавин, обусловленных выпадением дождя, время наступления опасного периода от момента начала дождя можно рассчитать по формуле
, 1
0 R Н Т в в ЛП (9) где Н в - запас воды в снежном покрове; в - содержание свободной воды в снежном покрове до начала дождя;
- интенсивность осадков. При этом делают допущение, что интенсивность дождя не изменяется. Для случаев, когда лавины обусловлены весенним снеготаянием и радиационными оттепелями, зная запас воды в снежном покрове
в данном лавиносборе, сумму положительных средних суточных температур с начала снеготаяния до момента выдачи прогноза 0 t , величину стаивания на один градус положительной средней суточной температуры воздуха 1 и прогноз средних суточных температур на ближайшие дни 1 t , 2 t , 3 t ,...
n t , можно спрогнозировать момент наступления лавиноопасного периода из уравнения
. 0
1 , 0 1 1 1 1 1 2
в t t t t Н (10) Решение этого уравнения производится путем подбора. Когда лавины возникают при резком понижении температуры, величина сдвигающего усилия cd , возникающего в результате охлаждения снежного покрова, выражается приближенной формулой
, )
( 4
Е сж cd (11) где
- коэффициент температурного сжатия снежного покрова; Е - модуль нормальной упругости;
- коэффициент бокового расширения снежного покрова; - градиент температуры охлаждающей толщи снега. Суммируя полученную величину cd с составляющей силы тяжести, действующей поперек склона, получают суммарную силу, стремящуюся сдвинуть снежный пласт. Сравнение этой
|