6. Những vấn đề mới đ−ợc đề cập trong luận văn
3.8. Xử lý số liệu
3.8.1 Xử lý số liệu lún nền
Nh− đã nêu ở [3.2] độ lún của công trình ở thời điểm t có thể tính theo công thức (3.1).
t s t
st
β α + +
= 0 hay 0
0
− =
−
+ S S
t t
t
β
α (3.9)
Sau khi có ít nhất là 10 chu kỳ quan trắc có thể xác định đ−ợc các hệ số α và β trong công thức (3.9) theo nguyên lý số bình ph−ơng nhỏ nhất theo trình tự sau:
- Lập hệ ph−ơng trình quan trắc dạng
AX + L = 0 , (3.10)
Trong đó A là ma trận hệ số phương trình quan trắc có kích thước n hàng và 2 cột, trong đó n là số chu kì quan trắc (không kể chu kỳ đầu tiên).
⎥⎥
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎢⎢
⎣
⎡
=
tn
t t A ..
1 . 1 1
2 1
X – Vec tơ ẩn số gồm 2 phần tử. XT = α β
L – Vec tơ số hạng tự do gồm n phần tử. LT = li,1, li,2, …, li,n
li,j - số hạng tự do;
S0
S l t
ij ij
ij = − .
Hệ ph−ơng trình (3.10) có vô số nghiệm vì số ph−ơng trình nhiều hơn số ẩn số. Nghiệm tốt nhất của hệ này là nghiệm thoả mãn nguyên lý số bình phương nhỏ nhất (tổng bình phương độ lệch của các giá trị quan trắc và các giá trị lý thuyết là nhỏ nhất).
77
Theo nguyên lý số bình ph−ơng nhỏ nhất, từ hệ ph−ơng trình (3.10) sẽ có đ−ợc hệ ph−ơng trình chuẩn có dạng
RX + B = 0 (3.11)
Trong đó R ma trận hệ số phương trình chuẩn R = ATA
và B = ATL
Giải hệ ph−ơng trình (4) theo công thức
X = R-1B (3.12)
Nh− vậy sau khi giải ra các nghiệm α và β theo công thức (3.9) có thể dễ dàng xác định đ−ợc độ lún giới hạn của mốc lún nền
) (
lim 0
t S t
Sgh t j
β α + +
= →∞ (3.13)
dễ dàng thấy rằng khi t → ∝ thì Sgh→ S0 + 1/β
nghĩa là 1)
( 0 + β
= j
gh S
S (3.14)
Toàn bộ công việc tính toán trên đây có thể đ−ợc lập trình để chạy trên máy tính cá nhân hoặc sử dụng các hàm trong bảng tính excel để giải một cách dễ dàng. D−ới đây chúng tôi minh hoạ việc xử lý dữ liệu lún nền bằng bảng tính điện tử excel.
78
Chuỗi số liệu quan trắc
Điểm quan trắc: A1
Thời gian quan trắc: 26/6 – 26/7/2008
t St(m) So(m) St - So t/(St - So)
2 2.448 2.402 0.046 43.04222
4 2.492 0.090 44.44444
6 2.503 0.101 59.40594
8 2.539 0.137 58.30011
10 2.574 0.172 58.10609
12 2.596 0.194 61.87194
14 2.615 0.213 65.63803
16 2.633 0.231 69.40408
18 2.654 0.252 71.42290
22 2.677 0.275 80.00000
26 2.697 0.295 88.23400
30 2.722 0.320 93.75000
79 Hệ ph−ơng trình số hiệu chỉnh có dạng
a b l
1.000 2.000 43.04222 1.000 4.000 44.44444 1.000 6.000 59.40594 1.000 8.000 58.30011 1.000 10.000 58.10609 1.000 12.000 61.87194 1.000 14.000 65.63803 1.000 16.000 69.40408 1.000 18.000 71.42290 1.000 22.000 80.00000 1.000 26.000 88.23400 1.000 30.000 93.75000 Ma trận hệ số của hệ ph−ơng trình chuẩn có dạng
12.000 168.000 793.6198 168.000 3200.000 12591.82 Ma trận nghịch đảo và nghiệm của hệ phương trình
0.31447 -0.0165 41.68219 -0.01651 0.00118 1.746628
Nh− vậy độ lún của điểm quan trắc nói trên có thể đ−ợc biểu diễn bằng công thức sau:
t St t
74663 . 1 68219 . 402 41 .
2 + +
=
Độ lún giới hạn của điểm quan trắc là
80
m Stgh 2.402 0.572 2.974
74663 . 1 402 1 .
2 + = + =
=
Bài toán này chỉ có hai nghiệm và không phải lặp trong quá trình giải ra các nghiệm vì vậy có thể lập sẵn các biểu mẫu trong excel. Sau mỗi chu kỳ quan trắc các cán bộ kỹ thuật chỉ cần nạp các số liệu đo vào bảng tính excel sẽ có ngay đ−ợc các ẩn số cần tìm.
3.8.2 Xử lý số liệu lún bề mặt
Kết quả quan trắc lún vật liệu đ−ợc xử lý nh− quan trắc lún thông th−ờng trình bày trong TCXDVN 271:2002.
Sau khi đo đạc ngoài hiện trường các số liệu được tính toán và bình sai
để có đ−ợc giá trị độ cao của các điểm quan trắc của đê chắn sóng. Sử dụng chương trình tính độ lún để tính ra các tham số đặc trưng cho độ lún của công trình. Các tham số độ lún đặc tr−ng của công trình gồm:
- Độ lún tương đối của công trình.
- Độ lún tổng cộng của công trình.
- Tốc độ lún của công trình
- Điểm có độ lún lớn nhất, nhỏ nhất, lún lệch....
Ngoài các thông số độ lún đặc tr−ng kể trên tùy thuộc vào yêu cầu quan trắc có thể cung cấp các thông tin khác về độ lún của công trình và co thể dự báo về độ lún cho các chu kỳ đo tiếp theo.
81 Ch−ơng 4
Quan trắc chuyển dịch ngang của các hạng mục 4.1 Khái niệm về chuyển dịch của công trình vμ vai trò của công tác quan trắc chuyển dịch
Trong quá trình khai thác và sử dụng, các công trình có thể bị xê dịch so với vị trí ban đầu. Sự thay đổi vị trí nh− vậy đ−ợc gọi là sự dịch chuyển của công trình. Dịch chuyển của công trình có thể xảy ra theo phương thẳng đứng gọi là sự trồi lún hoặc trong mặt phẳng ngang gọi là dịch chuyển ngang. Dịch chuyển đứng và dịch chuyển ngang của công trình có thể do tác động của bản thân các hoạt động của nó (hoạt động của các máy móc thiết bị) gây ra hoặc do dịch chuyển của cả mảng vỏ trái đất đỡ công trình đó. Quá trình dịch chuyển của vỏ trái đất có thể đ−ợc phân loại thành 3 dạng chính nh− sau :
a. Quá trình ngoại sinh: là quá trình gắn liền với tác động của các hiện tượng ngoại cảnh như sự thay đổi nhiệt độ môi trường, sự thay đổi độ ẩm, do m−a bão vv...
b. Quá trình nội sinh: Là quá trình gây nên do hoạt động kiến tạo của vỏ trái đất.
c. Do tác động của con người: Hoạt động khai thác tài nguyên, nước ngầm, xây dựng các công trình đầu mối thủy lợi lớn vv...
Chuyển dịch ngang của các công trình, bất kể do nguyên nhân gì gây ra, cũng đều có ảnh hưởng đến độ bền của nó. Vì vậy việc quan trắc độ dịch chuyển ngang của công trình để đánh giá mức độ ổn định của nó hoặc để kịp thời có biện pháp làm giảm tốc độ dịch chuyển ngang là một việc làm có ý nghĩa hết sức quan trọng. Tuy nhiên, nếu so sánh với việc quan trắc độ trồi lún của công trình thì việc quan trắc dịch chuyển ngang với độ chính xác cao là một việc làm rất khó khăn, phức tạp và tốn kém. Nếu hiện nay trên thị tr−ờng
đã có các máy đo độ cao với độ chính xác đọc số tới 10-3 mm thì trong lĩnh
82
vực quan trắc độ dịch chuyển ngang sai số khoảng một vài mm còn là một
điều ch−a phải là dễ thực hiện ngay cả khi ứng dụng các thành tựu mới nhất của khoa học công nghệ.
Một trong những vấn đề nan giải nữa của việc quan trắc dịch chuyển ngang của công trình là việc xây dựng các mốc chuẩn. So với các mốc chuẩn trong quan trắc dịch chuyển thẳng đứng thì mốc chuẩn để quan trắc dịch chuyển ngang khó xây dựng hơn nhiều và kinh phí cũng rất tốn kém.
Trước đây, đối với các công trình có qui mô nhỏ và có dạng thẳng, việc quan trắc chuyển dịch ngang đ−ợc thực hiện bằng ph−ơng pháp h−ớng chuẩn và các biến thái của nó (h−ớng chuẩn toàn phần, h−ớng chuẩn một phần, h−ớng chuẩn liên tiếp vv..). Đối với các công trình có qui mô lớn và hình dạng phức tạp thì sử dụng phương pháp so sánh toạ độ, trong đó toạ độ của các
điểm quan trắc trong các chu kỳ khác nhau đ−ợc xác định thông qua các đồ hình dạng tam giác, tứ giác trắc địa hoặc đường chuyền. Khó khăn lớn nhất và tốn kém nhất trong các ph−ơng pháp kể trên là việc xây dựng các mốc chuẩn.
Các mốc chuẩn để quan trắc theo các phương pháp này ngoài các yêu cầu về mặt kết cấu, chế tạo còn phải thoả mãn những đòi hỏi rất khắt khe về vị trí lắp
đặt. Ví dụ: các mốc chuẩn phục vụ cho việc quan trắc bằng phương pháp h−ớng chuẩn cần phải xây dựng ở hai đầu của công trình, nằm ngoài khu vực có thể chuyển dịch và phải nằm trên h−ớng chuẩn (trục kéo dài của công trình). Nếu sử dụng phương pháp so sánh toạ độ thì vị trí các mốc chuẩn có thể đ−ợc chọn một cách dễ dàng hơn nh−ng cũng không thể chọn tuỳ tiện vì
chúng phải thoả mãn các yêu cầu về đồ hình của các tam giác hoặc của các
đường chuyền. Tất cả các vấn đề này làm cho việc quan trắc chuyển dịch ngang trở nên phức tạp và làm cho giá thành của công tác quan trắc cũng tăng rÊt cao.
Sự ra đời của các máy toàn đạc điện tử đã cải thiện một cách đáng kể qui trình và chất l−ợng của công tác quan trắc chuyển dịch ngang. Với các
83
máy toàn đạc điện tử độ chính xác cao nh− TC-1800, TC-2002 và các đồ hình
đo góc cạnh, độ chính xác của việc quan trắc chuyển dịch ngang đã đ−ợc tăng lên một cách đáng kể trong khi thời gian thực hiện một chu kỳ đo lại giảm xuèng rÊt nhiÒu.
Từ những năm 90 của thế kỷ trước công nghệ GPS đã xuất hiện với ưu
điểm nổi bật là cho phép xác định toạ độ của các điểm trong mọi điều kiện thời tiết vào bất kỳ thời điểm nào mà không đòi hỏi thông hướng giữa các
điểm đo đã mở ra khả năng liên kết một cách nhanh chóng các điểm quan trắc với các mốc chuẩn. Nh−ợc điểm của công nghệ này là không xác định đ−ợc toạ độ của các điểm khi chúng bị che chắn từ trên cao làm cho tínhiệu từ các vệ tinh không tới đ−ợc ăng ten của các máy thu.
Nh− vậy chúng ta thấy các máy toàn đạc điện tử và công nghệ GPS tuy có nhiều điểm mạnh nh−ng vẫn còn một số điểm yếu. Việc ứng dụng đồng thời cả hai loại công nghệ này chúng sẽ hỗ trợ và bổ sung cho nhau mang lại hiệu quả kinh tế cao và nâng cao một cách đáng kể độ chính xác quan trắc.