倾角传感器测量基坑深层水平位移的误差分析方法技术

本发明专利技术公开一种倾角传感器测量基坑深层水平位移的误差分析方法，包括对基坑开挖过程中的变形量进行软件模拟计算得到挠度理论值Y

【技术实现步骤摘要】
倾角传感器测量基坑深层水平位移的误差分析方法


[0001]本专利技术涉及基坑变形测量
，具体涉及一种倾角传感器测量基坑深层水平位移的误差分析方法。

技术介绍

[0002]基坑测斜是指利用测斜仪观测土体内部的水平位移，一般用于挡土墙变形监测、深基坑边坡监测等，针对不同的边坡变形形式，测斜仪均能够测量其水平位移。测斜仪是一种测定钻孔倾角和方位角的原位监测仪器，现有的测斜仪分为便携式和固定式两种，在实际的工程现场，应用最广的是便携式测斜仪。
[0003]便携式测斜法使用数字垂直活动测斜仪探头，测斜仪上安装有滑轮装置，可以通过控制电缆来控制测斜仪的位置，配合读数仪可以观测测斜管的变形。测量时，先将探头下放到测斜管底部，然后通过电缆将探头从测斜管底部拉向顶部移动，每向上0.5m进行一次角度测量，测量的角度通过计算可以转换为水平位移，对比初始的位置即可得出水平位移的变化量。由于便携式测斜法在采集过程中需要人工拉升传感器，耗时较多，人力时间成本较高。
[0004]固定式测斜法则是将传感器用连接杆串联安装后放置在测斜管内的固定高度处，由于传感器位置固定，可实现自动化采集，解决了便携式测斜法采集过程人力成本较高的问题。但由于测斜传感器单价较高，如果参照便携式测斜法以0.5m作为测量间距，对于深度超过10米深基坑(例如地铁类基坑)来说，需要布置的传感器数量非常多，导致设备成本增高，影响了该方法的推广应用，目前降低成本的方法主要是增大传感器的布置间距，在实际工程应用中大多选取1～3m作为布置间距，但提高间距的所造成的测量误差也随之增大，如何在提高间距的同时降低测量误差是目前的行业难点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种倾角传感器测量基坑深层水平位移的误差分析方法，判断倾角传感器测量基坑变形的准确度，对倾角传感器的分段误差以及测角误差进行分析，完成倾角传感器选型。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]提供一种倾角传感器测量基坑深层水平位移的误差分析方法，包括以下步骤：
[0008]分段误差分析：
[0009]S10、通过有限元分析软件对基坑开挖过程中的变形量进行模拟计算，得到拟合曲线函数F(x)，对所述拟合曲线函数F(x)进行求导得到倾角函数f(x)；
[0010]S20、假设所述基坑的深度为L，将所述基坑等分为n段区域，并在每段所述区域的中点布置一个倾角传感器；
[0011]S30、将第i个所述倾角传感器的位置坐标代入所述倾角函数f(x)，得到第i段区域的倾角计算值θ
m
，将所述倾角计算值θ
m
的正切值乘以分段长度即可得到该段的中间挠度值
Δy
i
，采用分段叠加法对每段所述区域的中间挠度值Δy
i
进行叠加，即可得到挠度计算值y
i
；
[0012]S40、将第i段所述区域的末端位置坐标代入所述拟合曲线函数F(x)，得到该点的挠度理论值Y
i
；
[0013]S50、选取不同的分段数n，分别比较不同所述分段数n的挠度计算值y
i
与所述挠度理论值Y
i
的误差，用以判断所述分段数n对挠度值误差的影响；
[0014]测量误差分析：
[0015]S60、选用相同的分段数n以及相同测量精度δ
D
的倾角传感器，以所述倾角理论值θ
i
作为数学期望，以所述倾角传感器的测量精度δ
D
作为标准差，分别构建每个所述倾角传感器的倾角计算值θ
m
的正态分布；
[0016]S70、采用蒙特卡罗法对每个所述倾角传感器进行s次挠度模拟测量，得出95％置信度绝对误差区间以及95％置信度相对误差区间；
[0017]S80、选用不同的分段数n以及不同测量精度δ
D
的倾角传感器进行两两组合，得出各种组合结果的95％置信度绝对误差区间以及95％置信度相对误差区间，当所述95％置信度相对误差区间的误差最小时，该分段数n和测量精度δ
D
为最佳组合。
[0018]作为倾角传感器测量基坑深层水平位移的误差分析方法的一种优选方案，步骤S10具体包括：
[0019]S10a、使用所述有限元分析软件对所述基坑开挖过程中的变形量进行模拟计算，得到若干散点变形值；
[0020]S10b、将所述散点变形值导入Matlab的Curving Fitting工具箱中存储，并对所述散点变形值进行曲线拟合，得到所述拟合曲线函数F(x)；
[0021]S10c、对所述拟合曲线函数F(x)进行求导，得到转角函数f(x)：
[0022]f(x)＝F
′
(x)。
[0023]作为倾角传感器测量基坑深层水平位移的误差分析方法的一种优选方案，步骤S30具体包括：
[0024]S30a、将第i个所述倾角传感器的位置坐标x
i
代入所述倾角函数f(x)，得到第i段所述区域的倾角计算值θ
m
：
[0025]θ
m
＝f(x
i
)；
[0026]S30b、所述倾角计算值θ
m
的正切值乘以分段长度即可得到该段的中间挠度值Δy
i
，则第i段所述区域的中间挠度值Δy
i
为：
[0027][0028]S30c、采用分段叠加法将每段所述区域的中间挠度值Δy
i
进行叠加，即可得到所述挠度计算值y
i
，则第1段至第i段所述区域的挠度计算值y
i
为：
[0029][0030]作为倾角传感器测量基坑深层水平位移的误差分析方法的一种优选方案，步骤S60具体包括：
[0031]选用相同的分段数n以及相同测量精度δ
D
的倾角传感器，以所述倾角理论值θ
i
作为数学期望，以所述倾角传感器的测量精度δ
D
作为标准差，分别构建每个所述倾角传感器的
倾角计算值θ
m
的正态分布：
[0032][0033]将所述倾角理论值θ
i
及所述测量精度δ
D
代入正态分布公式，即可得出所述倾角传感器的倾角计算值θ
m
的正态分布曲线：
[0034][0035]作为倾角传感器测量基坑深层水平位移的误差分析方法的一种优选方案，步骤S70具体包括：
[0036]S70a、采用蒙特卡罗法对每个所述倾角传感器的挠度计算值y
i
进行模拟计算，对每个所述倾角传感器进行s次的随机取值，并做s次的挠度模拟测量：
[0037][0038]S70b、计算每个所述倾角传感器的模拟测量均值y
m
和模拟测量标准差δ
m
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种倾角传感器测量基坑深层水平位移的误差分析方法，其特征在于，包括以下步骤：分段误差分析：S10、通过有限元分析软件对基坑开挖过程中的变形量进行模拟计算，得到拟合曲线函数F(x)，对所述拟合曲线函数F(x)进行求导得到倾角函数f(x)；S20、假设所述基坑的深度为L，将所述基坑等分为n段区域，并在每段所述区域的中点布置一个倾角传感器；S30、将第i个所述倾角传感器的位置坐标代入所述倾角函数f(x)，得到第i段区域的倾角计算值θ
m
，将所述倾角计算值θ
m
的正切值乘以分段长度即可得到该段的中间挠度值Δy
i
，采用分段叠加法对每段所述区域的中间挠度值Δy
i
进行叠加，即可得到挠度计算值y
i
；S40、将第i段所述区域的末端位置坐标代入所述拟合曲线函数F(x)，得到该点的挠度理论值Y
i
；S50、选取不同的分段数n，分别比较不同所述分段数n的挠度计算值y
i
与所述挠度理论值Y
i
的误差，用以判断所述分段数n对挠度值误差的影响；测量误差分析：S60、选用相同的分段数n以及相同测量精度δ
D
的倾角传感器，以所述倾角理论值θ
i
作为数学期望，以所述倾角传感器的测量精度δ
D
作为标准差，分别构建每个所述倾角传感器的倾角计算值θ
m
的正态分布；S70、采用蒙特卡罗法对每个所述倾角传感器进行s次挠度模拟测量，得出95％置信度绝对误差区间以及95％置信度相对误差区间；S80、选用不同的分段数n以及不同测量精度δ
D
的倾角传感器进行两两组合，得出各种组合结果的95％置信度绝对误差区间以及95％置信度相对误差区间，当所述95％置信度相对误差区间的误差最小时，该分段数n和测量精度δ
D
为最佳组合。2.根据权利要求1所述的倾角传感器测量基坑深层水平位移的误差分析方法，其特征在于，步骤S10具体包括：S10a、使用所述有限元分析软件对所述基坑开挖过程中的变形量进行模拟计算，得到若干散点变形值；S10b、将所述散点变形值导入Matlab的Curving Fitting工具箱中存储，并对所述散点变形值进行曲线拟合，得到所述拟合曲线函数F(x)；S10c、对所述拟合曲线函数F(x)进行求导，得到转角函数f(x...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐郁峰，李一鸣，郭奋涛，陈兆栓，
申请(专利权)人：广东华交科工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：