测绘实验报告.docx
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测绘实验报告
中国矿业大学
变形监测与沉陷工程
实验报告
学院：
环境与测绘学院
班级：
测绘工程13-2班
姓名：
特列克
实验一岩体内部移动变形监测演示试验
一、实验内容
1.了解岩体内部移动变形监测系统的组成，各组成部分的名称及作用；
2.观看教师演示岩体内部观测站的建立过程和监测方法；
3.练习钻孔测斜仪、钻孔伸长仪各部件的连接、测量和读数。
二、实验要求
通过该实验，要求学生了解岩体内部移动变形监测站的建立方法，了解岩体内部移动变形监测系统的组成和基本监测方法。
1.每个学生必须在实习前熟悉实习内容；
2.在实习过程中，注意观察教师讲解，了解系统各组成部分及其操作顺序和测试方法；每小组进行2个测点的测量练习；
3.钻孔伸长仪测量，要求同点两次测量误差限制在±1.5mm以内；
4.钻孔测斜仪测量，要求每次测量2次，即A+B+方向和A-B-方向同槽倒转180°测量，注意首测顺槽方向及各点测量位置，A+A-观测数值绝对值应小于±100；
5.传感器与电缆连接后，必须使接口旋紧，确保传感器在下放中的安全。
三、实习步骤
1.教师演示岩体内部移动变形监测站的建立过程；认识和了解岩体内部移动变形监测系统各组成部分仪器部件的名称及作用。
1.1系统的组成
岩体内部移动变形监测系统是由钻孔测斜仪、钻孔伸长仪、钻孔测旋仪及辅助设备四部分组成，各部分组成包括：
（1）钻孔测斜仪—由测斜传感器、数据接收器、电缆等组成。
测斜传感器：
用于提供一个与本身偏离竖直方向的偏角成正比的电信号，该信号通过电缆传递给读数设备。
传感器由两个互相垂直的伺服加速器组成，它可以同时测定两个互相垂直方向上的偏离竖直方向的偏角。
电缆：
电缆的作用同前所述。
电缆外表面每0.5或1米有一刻度标记。
数据接收器：
将传感器传上来的电信号转化为偏角（或偏移量），以数字的方式显示。
（2）钻孔伸长仪—由探头、电缆、带指示装置的卷缆轮、基准架组成。
探头：
探头内部有无线电频率振荡和电测器电路，穿过感应环时将产生电信号；
电缆：
用于传递探头感应产生的电信号。
外表面每米有一刻度，用来计算测深。
内芯有钢缆，保证在上提或下放探头时其长度没有变化。
带指示装置的卷缆轮：
用于上提或下放探头并指示感应信号的强弱。
当探头接近感应环时，先由蜂鸣器报警。
基准架：
是一种活动的设备，使用时装在孔口上方。
架子上有毫米刻划的标尺，用来测量深度不足1米的尾数部分。
（3）钻孔测旋仪—由测旋传感器、数据接收器、电缆等（目前无此设备）。
（4）辅助设备—包括钻孔测斜管（硬管）、沉降测管（软管）、感应测点（感应环）等；
2.应用钻孔测斜仪监测岩体内部横向变形
（1）首先检查数据接收器电压，应不低于6V；
（2）连接数据接收器与电缆的接口（注意联接位置）；
（3）连接电缆与测斜传感器的接口，必须确保电缆与传感器的良好连接；
（4）将传感器导向轮按设定的初始测量方向放入测管的导向槽；测量可按自上而下的顺序（或先将传感器下放至钻孔底部，按自下而上的顺序测量）。
设置接收器测试指令，做好监测准备；
（5）在孔口安装测斜仪电缆滑轮；
（6）开始测量，按设定好的测量点间距，提升或下方传感器，将电缆上的刻度对准基准点，待接收器显示数据稳定后记录监测数据；
（7）继续提升或下放电缆，测量下一个深度位置的数据。
依次进行各个深度位置的测量，直至完成全部测量工作。
3.应用钻孔伸长仪监测岩体内部竖向变形
（1）在孔口安放基准架；
（2）安放电缆导向轮；
（3）将伸长仪卷缆轮置于基准尺架上；
（4）打开伸长仪电源，按动蜂鸣器按钮，检查指示电压,检查感应探头灵敏度；
（5）将感应探头下放至钻孔底部，转动伸长仪电缆轮提升探头，在探头遇到测点时，蜂鸣器响，调节电压表变阻旋扭，缓慢变动探头位置，使指针达到峰值后，稳定探头位置；
（6）利用电缆上每米刻度，对应基准尺上的刻度进行读数。
四、岩体内部监测数据处理
1．数据处理方法
岩体内部监测的原始参数系指钻孔内各测点伸长仪的读数及各测点沿两对导向槽（简称A、B）方向的读数。
通过计算可获得各测点的三维坐标，进而计算出任意两次观测间的各点的下沉和水平移动。
（1）测点高程计算
测点高程用下式计算：
Hmi=Hm0+hm-dhmi
（m=1,2,3,…，第m次观测；i=1,2,3,…，第i个测点）
Hmi为第m次观测，第i个测点的高程；
Hm0为第m次观测，孔口的高程；
hm为第m次观测，孔口至读数零点的距离；
dhmi为第m次观测，第i个测点的读数。
（2）测点下沉计算
测点下沉用下式计算：
W（m,m+j）i=Hmi-H（m+j）i
（m=1,2,3,…，第m次观测；i=1,2,3,…，第i个测点）
Hmi为第m次观测，第i个测点的高程；
H（m+j）i为第m+j次观测，第i个测点的高程；
W（m,m+j）i为第m次和第m+j次观测之间的下沉。
（3）测点偏斜量计算
A方向各测点的偏斜用下式计算：
B方向各测点的偏斜用下式计算：
（m=1,2,3,…，第m次观测；i=1,2,3,…，第i个测点）
Ami、Bmi为第m次观测，第i个测点沿A、B方向的偏斜量；
Am0、Bm0为第m次观测，孔口沿A、B方向的偏斜量；
A0mj、B0mj为第m次观测，第j个测点沿A0、B0方向的读数；
A180mj、B180mj为第m次观测，第j个测点沿A180、B180方向的读数；
ic为仪器常数
（4）测点水平移动计算
测点水平移动用下式计算：
UA（m,m+j）i=A（m+j）i-Ami
UB（m,m+j）i=B（m+j）i-Bmi
（m=1,2,3,…，第m次观测；i=1,2,3,…，第i个测点；j=1,2,3…）
Ami、Bmi为第m次观测，第i个测点沿A、B方向的偏斜量；
A（m+j）i、B（m+j）i为第m+j次观测，第i个测点沿A、B方向的偏斜量；
UA（m,m+j）i、UB（m,m+j）i为第m次和第m+j次观测之间第i个测点沿A、B方向的水平移动量。
（5）测点水平移动的合成
测点水平移动的合成，用下式计算：
大小：
方向：
α=αA+α
（m=1,2,3,…，第m次观测；i=1,2,3,…，第i个测点；j=1,2,3…）
U（m,m+j）i为第m次和第m+j次观测之间第i个测点水平移动矢量大小。
α、αA、α分别为水平移动矢量、观测方向A的方位和水平移动矢量与A方向的夹角（从A方向顺时针旋转）。
（6）测点水平移动的分解
根据需要可以将测点的水平移动矢量分解成任意两个互相垂直的方向上的水平移动，用下式计算：
α"=α-αd
UA（m,m+j）i=U（m,m+j）iCOSa"
UD+90（m,m+j）i=U（m,m+j）iSINα"
（m=1,2,3,…，第m次观测；i=1,2,3,…，第i个测点；j=1,2,3…）
U（m,m+j）i为第m次和第m+j次观测之间第i个测点水平移动矢量大小；
α、αd分别为水平移动矢量、指定分解方向的方位角；
α"为水平移动矢量与指定分解方向D的夹角（从D方向顺时针旋转）；
UD（m,m+j）i，UD+90（m,m+j）i为第m次和第m+j次观测之间第i个测点水平移动沿指定方向的分量。
意大利设备操作程序：
倾斜仪
1、开机；
2、>lndinouerer↓
3、>New↓
4、>AD（用а键设置钻孔号）↓
5、>599250（选择传感器类型）↓
6、>10（用а键输入钻孔深度）↓
7、>10（Namberofsteeps）↓
8、>startreadingsnow（开始读数）↓
9、选择轴向A1§B1↓
10、>选择开始点Bottomtotop↓
11、选择记录方式Namued↓
12、测量----------↓
13、提升1M再测量
14抬头反向（滑轮调转180°）再按原步骤进行
数据处理
设第i点为初次测量读数取Ai0Bi0，第m次度数取AimBim，
则对于i-1点的增量为：
δAi=P（Aim-Ai0）i/20000P----为两点测量距离
δBi=P（Bim-Bi0）i/20000
由于初次试验中取Ai0=0,Bi0=0
SAi=δAi+ΔδAi
SBi=δBi+ΔδBi
Si=√（SAi）2+（SAi）2
i从1—n,n为测量点数
沉降仪
1、将探头进入测孔，直到底部；
2、提起探头，直到蜂鸣器响；
3、再提起探头，到蜂鸣器响（间距2—5cm）；
4、缓慢下放探头，精确探测蜂鸣器开始响的位置；
5、固定电缆开始读数L1，精确到mm；
6、下放探头，精确探测第二次蜂鸣器开始响的位置；
7、固定电缆开始读数L2，精确到mm；
8、提升探头，到第二个测点位置重复上述操作过程。
数据处理
单一测点有两次度数，相加取平均。
设各次观测第i环距孔口的距离为Li0，
第m次测量第i环距孔口的距离为Lim，则有：
Wi=Lim-Li0（mm）
五、注意事项
1.学生操作练习在教师演示后进行。
2.系统各仪器的操作必须小心，保证仪器的安全
3.实习后每组交“岩体内部监测记录表”。
4.实习后学生要交测量计算成果表及实习报告各一份。
六、仪器及工具
钻孔测斜仪和钻孔伸长仪各一套，测斜管、沉降测管两套，感应环若干。
八、岩体内部移动变形观测记录表（见下页）
表1岩体内部监测系统野外记录表
沉降观测
倾斜观测
点号
观测值
测深
A+
B+
A-
B-
1
89408813
9m
248.52
285.69
-84.549
-340.39
2
79437765
8m
112.14
210.13
60.553
-245.53
3
69236795
7m
16.917
113.41
193.77
-161.13
4
59385803
6m
-56.4783
33.125
277.30
-84.197
5
49284750
5m
-121.78
-4.5365
302.57
-47.247
6
39253780
4m
-55.893
7.0448
207.05
-33.243
7
29302775
3m
70.546
-21.070
61.827
-13.540
8
19601775
2m
44.296
22.869
92.202
-112.32
9
920768
1m
41.037
74.101
141.91
-135.00
表2岩体内部监测系统计算表
下沉数据（mm）
水平移动数据（mm）
综合移动量
点号
下沉值
深度
A+
B+
1
127
9m
0.0082
0.0027
0.0086
2
178
8m
0.0086
0.0018
0.0088
3
128
7m
0.0105
0.0024
0.0108
4
135
6m
0.0110
0.0026
0.0113
5
178
5m
0.0090
0.0026
0.0094
6
145
4m
0.0076
0.0013
0.0077
7
155
3m
0.0066
0.0017
0.0068
8
185
2m
0.0068
0.0045
0.0082
9
152
1m
0.0091
0.0030
0.0096
实验二相似材料模型及抗采动变形
建筑物模型参观
实验性质：
认识实习实验学时：
2
一、实验内容
1．认识相似材料模型的基本设备、常用的相似材料及其作用；
2．了解开采沉陷相似材料模型的制做过程、模拟开采和模型观测方法；
二、实验要求
1．通过该实习应使学生了解相似材料模型试验台及有关设备的组成及用途。
2．认识常用的各类相似材料及其作用，了解相似材料配比的基本方法。
3．了解相似材料模型的制作过程和制作方法。
4．了解相似材料模型的模拟开采、模型观测方法和数据处理方法。
三、实验步骤
1．相似材料模型实验设备及材料的认识
（1）相似材料模型试验台：
相似材料模型一般分为二维平面模型和三维立体模型两类。
目前应用于开采沉陷研究的相似材料模型主要为二维平面模型，根据尺寸不同，模型试验台有多种类型。
中国矿业大学“三下”采煤实验室拥有8×0.3×3米3、2×0.2×2米3、1.5×0.3×2米3三种平面模型试验台，可以制做1.5米、2米、3米、4米、5米和8米等各种尺寸的相似材料模型。
（2）相似材料：
常用的相似材料有石膏、碳酸钙、河砂、水泥、云母、锯沫等。
通常采用硼酸作为相似材料缓凝剂。
（3）配比试件制作模具。
（4）平面模型铺设工具：
碾压滚，压实板。
（5）模型开采设备：
锯条组、支承垫条、模型底变形可调装置。
（6）模型观测设备：
灯光透镜法：
透镜，镜架，灯座测点，镜基架，投影面
小钢尺法：
小钢尺，大头针，固定基尺，水准仪
格网法：
细钢丝（或细测线绳），丝绳固定工具，大头针
观察记录设备：
照像机，小钢尺，放大镜等
2．开采沉陷相似材料模型制作和模拟开采过程
（1）根据现场实际地质采矿资料进行模型设计，确定模型比例尺，选择合适模型试验台。
（2）根据各岩土层的岩石物理力学性质，利用相似材料进行各岩层岩性的配比实验，确定模型各种岩层相似材料制作配比。
（3）根据模拟对象的具体要求确定模型铺设方案。
（4）模型铺设
（i）按设计配比计算的各分层相似材料用量称料，搅拌、和匀备用；
（ii）模型试验台预加护板；
（iii）加水搅拌相似材料，并铺设到模型台上，铺平、碾压；
（iv）每一层铺好后，按一定距离用刀切割碾压好的岩层相似材料，模拟岩层节理面；并撒适量云母粉，模拟层面；
（v）重复上述两步骤铺设下层相似材料，直至完成模型铺设。
（vi）铺设结束3～5天后，卸掉模型两侧护板。
（5）模拟开采前的准备工作。
（i）按照模型设计要求设置模型观测测点及相应设备；
（ii）在模型上确定模拟开采步距；
（iii）根据模拟目的，进行必要的模型加工和标定。
（6）按设计的时间和开采范围模拟开采。
（7）按计划进行模型定期监测，及观察、照相、记录。
（8）模型观测数据的整理与计算。
（9）模拟成果的分析与报告编写。
四、仪器与工具
相似材料模型试验台，小试件制做模具2个，相似材料样品若干，小试件样品，小透镜、镜架、灯座测点若干，小钢尺若干。
五、思考题
1．何谓相似准数、相似常数、单值条件？
两相似系统（现象）某种对应量之比为一常数，此常数称为这种量的相似常数，如两个相似三角形的对应边成比例，这一比例常数称为相似常数。
cl称为两相似系统的边长相似常数,分别为两个三角形的边长。
相似准数也称相似准则，是一个无量纲的综合数群，反映两个相似系统间的数量关系或特征。
如有两个相似的容器A和B，容器A的示性尺寸为l′，容积为V′；容器B的示性尺寸为l″，容积为V″。
由于容器不规则，无法确定V与l之间的关系，但存在以下数学关系：
单值条件是将一个具体现象与同类现象中其它现象相区别的具体条件。
单值条件包括：
（1）几何条件。
（2）介质条件。
（3）边界条件。
（4）初始条件。
2．考虑和思考开采沉陷相似材料模拟研究的优点和存在的问题。
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