Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quan trắc biến dạng công trình ở Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

45
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án là: xác lập một số giải pháp để nâng cao hiệu quả công tác quan trắc biến dạng công trình. Để hiểu rõ hơn, mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung luận văn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quan trắc biến dạng công trình ở Việt Nam

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT LÊ ĐỨC TÌNH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG TÁC QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH Ở VIỆT NAM Chuyên ngành : Trắc địa ứng dụng Mã số : 62.52.85.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2012
2 Công trình hoàn thành tại: Bộ môn Trắc địa công trình, Khoa Trắc địa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Trần Khánh, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 1 : PGS.TS Vũ Văn Thặng Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Phản biện 2 : TS Dương Chí Công Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ Phản Biện 3 : TS Vũ Văn Đồng Cục Bản đồ - Bộ Tổng tham mưu Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường, họp tại: Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hội …. giờ ….. ngày ….. tháng ….. năm 2012 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia, Hà Nội, - Thư viện trường Địa học Mỏ - Địa chất
3 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 1 - Trần Khánh, Lê Đức Tình (4/2007), “Tính toán các tham số lún công trình theo phương pháp mặt phẳng tổng quát”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, (18), tr. 77 - 80. 2 - Lê Đức Tình (2009), Nghiên cứu khả năng ứng dụng thực tế của các thiết bị đo đạc hiện đại trong quan trắc chuyển dịch ngang các công trình kỹ thuật, Báo cáo tổng kết đề tài hỗ trợ NCS, Mã số N2009-33 3 - Lê Đức Tình (2010), Ứng dụng phương pháp thống kê để phân tích biến dạng công trình thủy điện trong điều kiện Việt Nam, Báo cáo tổng kết đề tài hỗ trợ NCS, Mã số N2010-31 4 - Lê Đức Tình, Trần Khánh (4/2010), “Ứng dụng phương pháp phân tích tương quan để đánh giá chuyển dịch công trình”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, (30), tr. 85 - 89. 5 - Lê Đức Tình, Trần Thuỳ Linh (4/2011), “Khảo sát phương pháp bình sai lưới quan trắc biến dạng công trình theo hiệu trị đo”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, (34), Tr. 64-67. 6 - Lê Đức Tình (2011), Nghiên cứu thành lập chương trình xử lý số liệu quan trắc và phân tích biến dạng các công trình kỹ thuật, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp cơ sở, mã số T11-24. 7 - Nguyễn Quang Phúc, Hoàng Thị Minh Hương, Lê Đức Tình, Phạm Doãn Mậu (10/2011) , “Kết quả thực nghiệm ứng dụng công nghệ GPS trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất (36), tr. 85-90.
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Các công trình kỹ thuật thuộc dạng có nguy cơ gây thảm họa cao, nhiệm vụ theo dõi biến dạng tại các công trình mang tính cập nhật thường xuyên với độ tin cậy cao. Đây là một công việc đòi hỏi phải có các giải pháp từ khâu xây dựng lý thuyết cũng như áp dụng các công nghệ mới về thiết bị để phân tích và đưa ra các kết quả có độ chính xác cao phục vụ cho công tác đánh giá độ ổn định của công trình. Việc ứng dụng các công nghệ mới, những tiến bộ của khoa học kỹ thuật và những phương pháp xử lý số liệu hợp lý sẽ góp phần nâng cao hiệu quả của công tác quan trắc. Thực tế cho thấy, trong quan trắc biến dạng công trình, những vấn đề về phân tích và giải thích biến dạng công trình chưa được quan tâm đúng mức. Việc nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình là một vấn đề có ý nghĩa trong giai đoạn hiện nay, nhất là khi các công trình kỹ thuật lớn của nước ta bước vào giai đoạn nghiệm thu tổng thể và vận hành công trình. 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu của luận án là xác lập một số giải pháp để nâng cao hiệu quả công tác quan trắc biến dạng công trình. - Đối tượng nghiên cứu chính là các công trình kỹ thuật ở Việt Nam. - Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: công tác thiết kế, xử lý, phân tích, đánh giá và dự báo chuyển dịch biến dạng của các công trình kỹ thuật. 3. Nội dung nghiên cứu 1- Nghiên cứu ứng dụng thuật toán truy hồi để tính toán tối ưu hóa thiết kế lưới quan trắc biến dạng công trình. Ứng dụng phương pháp bình sai hiệu trị đo trong xử lý số liệu quan trắc. 2- Xây dựng mô hình chuyển dịch công trình theo các yếu tố khác nhau để phân tích, đánh giá, dự báo mức độ chuyển dịch biến dạng công trình. 3- Nghiên cứu ứng dụng phương pháp thống kê trong phân tích biến dạng công trình theo các tác nhân gây ra chuyển dịch biến dạng.
2 4- Lập phần mềm xử lý số liệu và phân tích chuyển dịch biến dạng công trình. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển và hoàn thiện lý thuyết xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang công trình, phân tích, đánh giá và mô hình hóa quá trình chuyển dịch của công trình. Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để thành lập hệ thống lưới quan trắc đối với các công trình ở thực tế sản xuất. Ứng dụng lý thuyết xây dựng mô hình đề xuất trong luận án để mô tả biến dạng công trình, phục vụ công tác phân tích, đánh giá và dự báo biến dạng các công trình kỹ thuật. 5. Các luận điểm bảo vệ Luận điểm thứ nhất: Ứng dụng thuật toán truy hồi vào xử lý số liệu theo hiệu trị đo cho phép nâng cao hiệu quả của việc thiết kế tối ưu và xử lý hệ thống lưới quan trắc biến dạng công trình. Luận điểm thứ hai: Áp dụng phương pháp thống kê để phân tích và giải thích kết quả quan trắc biến dạng công trình. Luận án đã xác lập quy trình phân tích tương quan giữa chuyển dịch và tác nhân gây ra chuyển dịch có tính đến thời gian trễ chuyển dịch cho phép đánh giá chuẩn xác quá trình chuyển dịch công trình. Luận điểm thứ ba: Kết quả nghiên cứu được cụ thể hoá bằng việc xây dựng phần mềm xử lý số liệu quan trắc và phân tích biến dạng các công trình kỹ thuật, cho phép nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của công tác xử lý số liệu quan trắc biến dạng công trình. 6. Các điểm mới của luận án 1- Xác định thuật toán, xây dựng chương trình khảo sát độ chính xác lưới quan trắc biến dạng công trình theo phương pháp truy hồi phục vụ mục đích thiết kế tối ưu lưới quan trắc biến dạng công trình.
3 2- Xử lý số liệu và phân tích độ ổn định lưới cơ sở mặt bằng theo hiệu trị đo. 3- Xác định thời gian trễ của chuyển dịch và đánh giá chuyển dịch công trình theo phương pháp phân tích tương quan. 4- Thành lập phần mềm xử lý số liệu quan trắc và phân tích, đánh giá biến dạng các công trình kỹ thuật. 7. Cấu trúc và nội dung luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận án được trình bày trong 4 chương với hơn 120 trang thuyết minh, hình vẽ, bảng biểu. Chương 1. TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 1.1. Tổng quan về tình hình quan trắc biến dạng công trình 1.1.1. Tình hình nghiên cứu lý thuyết 1.1.1.1. Trên thế giới Các hướng nghiên cứu để đảm bảo hiệu quả của công tác quan trắc biến dạng công trình bao gồm: 1- Nghiên cứu ứng dụng các thiết bị hiện đại trong quan trắc biến dạng công trình. 2- Nghiên cứu phương pháp và quy trình quan trắc 3- Phân tích, đánh giá kết quả quan trắc biến dạng công trình 1.1.1.2. Ở Việt Nam Ở nước ta cuối những năm 1980 việc quan trắc biến dạng được quan tâm và triển khai rộng rãi tại các công trình trong cả nước. Đã có nhiều công trình nghiên cứu khoa học các cấp, một số luận án, luận văn đề cập đến vấn đề này: 1- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ quan trắc chuyển dịch công trình. 2- Nghiên cứu về phương pháp thiết kế và xử lý số liệu quan trắc. 1.1.2. Tình hình thực hiện quan trắc một số công trình điển hình 1.1.2.1. Trên thế giới Hiện nay, trên thế giới hầu hết các công trình kỹ thuật của mỗi quốc gia đều đã được quan trắc biến dạng với các thiết bị đo đạc hiện đại nhất.
4 1.1.2.2. Ở Việt Nam Hiện nay, ở nước ta công tác biến dạng các công trình kỹ thuật cũng đã được trú trọng và được triển khai ở hầu hết tất cả các công trình kỹ thuật: các nhà máy thủy điện Đa Nhim, Thác Bà, Hòa Bình, Sơn La, Tuyên Quang; các nhà máy: lọc dầu Dung Quất, nhiệt điện Phả Lại, Nghi Sơn; các công trình cầu, đường cao tốc, nhà cao tầng ở các thành phố lớn trong cả nước cũng đã tiến hành công tác quan trắc biến dạng. 1.2. Một số nhận xét đánh giá về công tác quan trắc biến dạng 1.2.1. Nhận xét chung Qua việc tìm hiểu tình hình nghiên cứu tổng quan của công tác quan trắc biến dạng ở thế giới và trong nước có thể rút ra một số nhận xét như sau: 1- Ở nước ta, do hạn chế về năng lực sản xuất thiết bị đo đạc chính xác cao, nên chủ yếu sử dụng các thiết bị công nghệ hiện đại nhập khẩu, chưa có điều kiện chế tạo các thiết bị đo chuyên dùng cho công tác quan trắc biến dạng công trình. 2- Tại các công trình việc quan trắc biến dạng chủ yếu vẫn thực hiện theo chu kỳ với các thiết bị và công nghệ truyền thống. 3- Thiết kế tối ưu lưới quan trắc và đo đạc ngoại nghiệp bước đầu đã được nghiên cứu lý thuyết, tuy nhiên phần ứng dụng ở thực tế còn có một số hạn chế. Trong công tác xử lý số liệu, việc phân tích kết quả quan trắc chưa được chú ý đúng mức. 4- Trong thực tế sản xuất đã ứng dụng công nghệ tin học để tự động hóa quá trình tính toán. Các phần mềm đang được ứng dụng trong sản xuất mới chỉ giải quyết được các nhiệm vụ đơn lẻ trong quá trình xử lý số liệu. Chưa có phần mềm xử lý tổng thể các vấn đề đặt ra đối với công tác quan trắc biến dạng công trình. 1.2.2. Giới hạn nghiên cứu của luận án Trong luận án đã đặt ra và nghiên cứu các nội dung sau: - Ứng dụng thuật toán bình sai truy hồi và hiệu trị đo để tính toán thiết kế tối ưu hệ thống lưới quan trắc biến dạng công trình.
5 - Xây dựng thuật toán và quy trình xử lý mạng lưới quan trắc biến dạng công trình theo phương pháp hiệu trị đo. - Lập mô hình chuyển dịch công trình để trợ giúp cho quá trình phân tích biến dạng công trình. - Xây dựng bộ phần mềm tính toán chuyên dùng cho mục đích thiết kế, xử lý số liệu mạng lưới quan trắc biến dạng, biểu diễn đồ họa quá trình chuyển dịch và phân tích đánh giá kết quả quan trắc biến dạng công trình. Chương 2. THIẾT KẾ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 2.1. Quy trình thành lập lưới quan trắc biến dạng công trình 2.1.1. Nguyên tắc xây dựng lưới quan trắc biến dạng công trình Hệ thống lưới quan trắc biến dạng công trình bao gồm 2 bậc lưới, bậc một là lưới cơ sở và bậc hai là lưới quan trắc. Yêu cầu độ chính xác chuyển dịch đối với các cấp lưới trong quan trắc biến dạng được xác định theo các công thức: - Đối với lưới cơ sở: mq mqCS = (2.1) 1+ k2 - Đối với lưới quan trắc: k .mq mqQT = (2.2) 1+ k2 Trong các công thức 2.1 và 2.2: mq là sai số xác định chuyển dịch, k là hệ số giảm độ chính xác giữa 2 cấp lưới. 2.1.2. Yêu cầu đối với công tác thiết kế lưới Các yêu cầu chủ yếu đối với công tác thiết kế hệ thống lưới quan trắc biến dạng công trình được đặt ra như sau: 1- Tiêu chuẩn độ chính xác quan trắc là sai số vị trí điểm hoặc sai số theo hướng đối với lưới quan trắc chuyển dịch ngang, sai số độ cao hoặc sai số hiệu độ cao đối với lưới quan trắc độ lún.
6 2- Các phương án thiết kế tối ưu: tối ưu độ chính xác vị trí các điểm quan trắc hoặc là tối ưu chi phí thi công lưới. Dạng tổng quát của bài toán tối ưu được đặt ra như sau: Tìm các số x1, x2, …, xn sao cho hàm mục tiêu: Z = f (x1 , x2 , ..., xn ) (2.3) đạt cực đại (hoặc cực tiểu), đồng thời thoả mãn các điều kiện (hệ ràng buộc): g i ( x) ≥ 0, i = 1, 2,..., m h j ( x) = 0, j = 1, 2,..., l (2.4) 2.1.3. Ước tính độ chính xác lưới Ước tính độ chính xác lưới quan trắc biến dạng công trình được thực hiện theo công thức: 1 mF = μ (2.5) PF Trong đó: μ là sai số trung phương đơn vị trọng số, 1/PF là trọng số đảo của hàm số. 1 1 = f T Qf hoặc = f T R~ f (2.6) PF PF Trong tính toán thiết kế lưới, việc xác định trọng số đảo của hàm các yếu tố cần đánh giá độ chính xác của mạng lưới chiếm thời gian và khối lượng tính toán đáng kể nhất. Để giải quyết vấn đề này, trong luận án đã khảo sát ứng dụng thuật toán bình sai truy hồi để tính toán thiết kế lưới theo hiệu trị đo giữa 2 chu kỳ quan trắc. 2.2. Ước tính độ chính xác lưới quan trắc biến dạng công trình theo hiệu trị đo giữa 2 chu kỳ quan trắc 2.2.1. Cơ sở thuật toán Lưới quan trắc biến dạng công trình thuộc dạng lưới đo lặp, sơ đồ mạng lưới được thiết kế giống nhau trong các chu kỳ quan trắc. Khi đó, nếu ký hiệu ΔT là vector hiệu trị đo thì vector chuyển dịch q được xác định từ hệ phương trình chuẩn: AT PA.q + AT PΔT = 0 (2.7)
7 Ma trận hệ số của hệ phương trình (2.7) có cấu trúc giống với ma trận hệ số của hệ phương trình chuẩn khi chọn ẩn số là tọa độ (hoặc độ cao) các điểm trong mạng lưới. Vì vậy, có thể thực hiện ước tính độ chính xác lưới quan trắc biến dạng công trình theo quy trình như đối với các mạng lưới trắc địa thông thường với ẩn số là vector chuyển dịch (hoặc độ lún) công trình. 2.2.2. Các chỉ tiêu độ chính xác trong lưới quan trắc biến dạng công trình 2.2.2.1. Chỉ tiêu độ chính xác độ lún Sai số độ lún tuyệt đối và sai số độ lún lệch giữa 2 điểm đo: mS i = μ . Qii (2.8) m ΔS = μ. Qii + Q jj − 2Qij (2.9) 2.2.2.1. Chỉ tiêu độ chính xác chuyển dịch ngang 1. Sai số chuyển dịch tuyệt đối mq = μ . Q xx + Q yy (2.10) 2. Elip sai số - Bán trục lớn E, bám trục nhỏ F và hướng bán trục lớn: Q xx +Q yy (Q xx − Q yy ) 2 + 4Q xy 2 Eq = μ + 2 4 Q xx + Q yy ( Q xx − Q yy ) 2 + 4 Q xy 2 Fq = μ − (2.11) 2 4 1 2Q xy α = Arctg 2 Q xx − Q yy 3. Sai số chuyển dịch theo huớng (ϕ): m ϕ = μ E. cos 2 ϕ + F . sin 2 ϕ (2.12) 2.3. Ứng dụng thuật toán truy hồi trong tính toán tối ưu hoá bản thiết kế lưới 2.3.1. Cơ sở lí thuyết của thuật toán truy hồi 2.3.1.1. Cơ sở lí thuyết Công thức truy hồi tính ma trận nghịch đảo có dạng: Q aT a Q Qi = Qi −1 − i −1 i i i −1 1 + ai Qi −1aiT (2.13) pi
8 Trong đó: ai, pi là vector hệ số phương trình số hiệu chỉnh và trọng số của trị đo thứ i, Qi-1, Qi là ma trận ngịch đảo của mạng lưới tính đến các trị đo thứ i-1 và i. Phương pháp xử lý số liệu với việc tính ma trận nghịch đảo theo công thức truy hồi có ưu điểm là: trong bài toán khảo sát độ chính xác của các mạng lưới trắc địa, nhiều trường hợp phải thay đổi số đại lượng đo, khi đó công thức truy hồi cho phép không cần phải lập lại hệ phương trình chuẩn và tính ma trận nghịch đảo từ đầu, nên rất thuận tiện cho việc tính toán thiết kế lưới. 2.3.2. Ứng dụng thuật toán truy hồi trong thiết kế tối ưu lưới quan trắc biến dạng công trình 2.3.2.1. Thiết kế tối ưu độ chính xác lưới Đặt vấn đề: Cần xác định phương án lưới có độ chính xác cao nhất với chi phí cho trước. Bài toán thiết kế tối ưu độ chính xác lưới được đặt ra như sau: 1. Hàm mục tiêu Z = f1 (x1 , x 2 ,..., x n ) → Min 2. Hệ điều kiện ràng buộc 1- m ≤ m Thiet ke 2- Chi phí thành lập lưới ≤ W 3- Số hướng đo đến 1 điểm ≥ V. Sơ đồ tính toán được đưa ra trong hình 2.1. 2.3.2.2. Thiết kế tối ưu chi phí thi công lưới Trong trường hợp này, hàm mục tiêu là thời gian thi công lưới, điều kiện ràng buộc là sai số tại vị trí yếu nhất của lưới không được vượt quá sai số giới hạn cho trong bản thiết kế kỹ thuật. Bài toán thiết kế tối ưu chi phí thi công lưới được đặt ra như sau: 1. Hàm mục tiêu Z = f 2 (x1 , x 2 ,..., x n ) → Min 2. Hệ điều kiện ràng buộc 1- m ≤ m Thiet ke 2- Số hướng đo đến 1 điểm ≥ V
9 Sơ đồ tính toán được đưa ra trong hình 2.2. Nhập dữ liệu của mạng lưới Xác định phương án tính Xác định tổng số phương án (Spa), i =1 Chọn tập trị đo phương án i Ước tính độ chính xác lưới i = i+1 Sai Sai i ≥ S pa m i ≤ m Thiet ke Đúng Đúng Chấp nhận Chọn phương án phương án i có độ chính xác cao nhất Hình 2.1. Sơ đồ tính toán thiết kế tối ưu độ chính xác Nhập dữ liệu của mạng lưới Xác định phương án tính Xác định tổng số phương án (Spa), i =1 Chọn tập trị đo phương án i Ước tính độ chính xác lưới i = i+1 Sai Sai m i ≤ m Thiet ke i ≥ S pa Đúng Đúng Tính toán chi phí Chọn phương án thành lập lưới có chi phí thấp nhất Hình 2.2. Sơ đồ tính toán thiết kế tối ưu chi phí thành lập lưới
10 2.4. Thực nghiệm thiết kế tối ưu lưới quan trắc biến dạng Trong luận án đã triển khai thực nghiệm thiết kế tối ưu 2 mạng lưới quan trắc chuyển dich ngang công trình: 1- Tối ưu hoá bản thiết kế lưới cơ sở quan trắc chuyển dịch ngang tại một nhà máy thuỷ điện theo độ chính xác. 2- Tối ưu hoá bản thiết kế lưới quan trắc chuyển dịch ngang tại nhà máy thuỷ điện theo chi phí thi công lưới. Để trợ giúp quá trình tính toán, trong luận án đã thiết kế xây dựng thuật toán và phần mềm xử lý số liệu “Construction Deformation Analysis- CDA”. Kết quả đã xác định được một số phương án tối ưu theo hàm mục tiêu đã đặt ra. Kết quả thực nghiệm đã chứng tỏ tính đúng đắn của các phân tích lý thuyết, trên cơ sở đó cho phép rút ra một số đánh giá về công tác thiết kế lưới: 1- Lưới quan trắc biến dạng công trình có yêu cầu cao về độ chính xác và thời gian thi công. Vì vậy, trong thiết kế lưới cần phải xác định áp dụng các biện pháp tối ưu nhằm xác định phương án lưới phù hợp. 2- Ứng dụng thuật toán bình sai truy hồi (theo hiệu trị đo) cho phép thực hiện ước tính nhanh chóng với nhiều phương án thành lập lưới và là biện pháp rất hiệu quả trong thiết kế tối ưu lưới. 2.5. Bình sai lưới quan trắc biến dạng công trình theo hiệu trị đo giữa 2 chu kỳ quan trắc 2.5.1. Cơ sở lý thuyết Lưới quan trắc biến dạng công trình là dạng lưới đo lặp, sơ đồ lưới thường được giữ nguyên trong các chu kỳ quan trắc. Vì vậy, có thể áp dụng phương pháp bình sai hiệu trị đo trong 2 chu kỳ để xử lý số liệu lưới. Nếu chọn vector tọa độ (hoặc độ cao) gần đúng giống nhau trong cả 2 chu kỳ quan trắc thì vector số hiệu chỉnh của hiệu trị đo được tính theo công thức: v12 = A.q12 − ΔT12 (2.14)
11 Trọng số của hiệu trị đo: P1 P2 P= (2.15) P1 + P2 Theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất sẽ xác định được vector chuyển dịch của các điểm quan trắc: q12 = ( AT PA) −1 AT P.ΔT12 (2.16) Khi bình sai lưới theo hiệu trị đo, nếu số liệu tọa độ (hoặc độ cao) gốc trong chu kỳ 2 có thay đổi so với số liệu gốc ở chu kỳ 1 thì cần phải hiệu chỉnh sự thay đổi đó trong hiệu trị đo. Nếu giữa trị đo t và vector số liệu gốc X có mối liên hệ: t = f ( x1 , x2 ,...., xn ). Nếu dxi là giá trị biến động của số liệu gốc xi (i= 1,n), khi đó giá trị biến động của trị đo được tính theo công thức: ⎡⎛ ∂t ⎞ ⎛ ∂t ⎞ ⎛ ∂t ⎞ ⎤ dt = ⎢⎜⎜ ⎟⎟.dx1 + ⎜⎜ ⎟⎟.dx2 + ... + ⎜⎜ ⎟⎟.dxn ⎥ (2.17) ⎣⎝ ∂x1 ⎠ ⎝ ∂x2 ⎠ ⎝ ∂xn ⎠ ⎦ 2.5.2. Thực nghiệm bình sai lưới quan trắc theo hiệu trị đo Trong luận án đã thực hiện bình sai lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình thuỷ điện Yaly theo các phương án: xử lý kết hợp và xử lý tách biệt 2 chu kỳ quan trắc. So sánh kết quả 2 phương án bình sai cho thấy: kết quả tính chuyển dịch trong 2 phương án là như nhau, các chỉ tiêu sai số chuyển dịch trong phương án bình sai hiệu trị đo có giá trị nhỏ hơn so với phương án bình sai tách biệt, điều này xảy ra là do ảnh hưởng của sai số hệ thống hoặc sai số số liệu gốc còn tồn tại trong các chu kỳ đo. 2.6. Phân tích độ ổn định các điểm lưới cơ sở theo phương pháp bình sai tự do với hiệu trị đo 2.6.1. Lựa chọn điều kiện định vị lưới cơ sở Khi bình sai bậc lưới cơ sở theo hiệu trị đo cũng xác định được hệ phương trình chuẩn như mô tả ở công thức (2.7). Lưới cơ sở là lưới trắc địa tự do nên cần phải đưa vào định vị mạng lưới, dạng:
12 C T .q12 = 0 (2.18) Đối với lưới cơ sở mặt bằng, ma trận C được xác lập dưới điều kiện: “Tổng bình phương độ lệch tọa độ của các điểm ổn định trong lưới là nhỏ nhất”. Từ đó suy ra (B là ma trận Helmert): -Chọn Ci = Bi - Nếu i là điểm ổn định (2.19) -Chọn: Ci = 0 - Nếu i là điểm không ổn định Đối với lưới độ cao cơ sở: -Chọn Ci = 1 - Nếu i là điểm ổn định (2.20) -Chọn: Ci = 0 - Nếu i là điểm không ổn định 2.6.2. Quy trình phân tích độ ổn định mốc cơ sở theo hiệu trị đo Quy trình xử lý số liệu lưới quan trắc biến dạng công trình nêu trên được thể hiện một cách trực quan thông qua sơ đồ (Hình 2.3): Lập hệ PTC Điều kiện định vị Giải hệ PTC, R.q + b = 0 C0T.q = 0 tính chuyển dịch Điểm i Ci = 0 qi ≤ t.mq không ổn định Đúng Kết thúc Hình 2.3: Sơ đồ phân tích độ ổn định lưới cơ sở 2.6.3. Ví dụ phân tích độ ổn định mốc cơ sở theo hiệu trị đo Trong luận án đã thực hiện phân tích độ ổn định lưới cơ sở tại công trình quan trắc chuyển dịch ngang tuyến đập thuỷ điện Yaly. Kết quả tính toán thực nghiệm đã minh chứng cho tính đúng đắn của nội dung khảo sát lý thuyết. 2.6.4. Nhận xét về phương pháp bình sai hiệu trị đo 1- Kết quả bình sai hiệu trị đo không chịu ảnh hưởng của sai số hệ thống
13 và sai số số liệu gốc cố định, vì vậy kết quả tính toán tham số chuyển dịch công trình cũng không bị ảnh hưởng cuả các nguồn sai số trên. Ngoài ra, việc đánh giá độ chính xác chuyển dịch trong phương pháp bình sai hiệu trị đo có độ tin cậy cao hơn so với bình sai tách biệt theo từng chu kỳ đo. 2- Vector số hạng tự do khi bình sai hiệu trị đo được tính đơn giản hơn so với bình sai tách biệt. Kết quả bình sai cho phép tính trực tiếp được ngay giá trị dịch chuyển của các điểm quan trắc. 3- Phương pháp bình sai hiệu trị đo có nhược điểm là yêu cầu đồ hình lưới trong các chu kỳ quan trắc phải giữ giống nhau, điều này dẫn đến một số ràng buộc trong tổ chức quan trắc ngoại nghiệp. Chương 3. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CHUYỂN DỊCH BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 3.1. Mô hình chuyển dịch công trình Có ba nhóm yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định của công trình là: 1- Các yếu tố thuộc nhóm nguyên nhân chủ đạo gây nên chuyển dịch và biến dạng công trình (x1, x2, ... xn). 2- Sự thay đổi của các điều kiện ngoại cảnh do tác động của con người (u1, u2, ... um). 3- Tác động nhiễu (z1, z2, ... zm). Tham số đầu ra là các giá trị định lượng (Y), đặc trưng cho mức độ chuyển dịch và biến dạng công trình. Các nhiệm vụ được đặt ra trong khi phân tích, đánh giá chuyển dịch, biến dạng công trình bao gồm: - Xác định xu hướng chuyển dịch của công trình trong không gian, theo thời gian. - Xác định và đánh giá mức độ phụ thuộc độ chuyển dịch công trình vào một số yếu tố ngoại cảnh. Mô hình chuyển dịch công trình được thể hiện thông qua hàm số: q = ϕ[ F1 ( x) + F2 (u ) + F3 ( z ) + w] (3.1) Trong đó: F1(x)- thành phần ảnh hưởng của một nhóm yếu tố chủ đạo gây
14 3.2. Thành lập mô hình chuyển dịch theo thời gian 3.2.1. Cơ sở lý thuyết Mô hình chuyển dịch công trình theo thời gian được thể hiện thông qua hàm số ở dạng tổng quát: q = f (t ) (3.2) Giả sử hàm số 3.2 được triển khai tuyến tính với vector tham số Z gồm k phần tử: Z = ( z1 , z 2 , ,..., z k ) T (3.3) Bài toán đặt ra là: Dựa vào chuỗi kết quả đo chuyển dịch trong n chu kỳ để xác định vector tham số của hàm 3.2. Kí hiệu dãy thời gian và giá trị chuyển dịch thu được trong các chu kỳ quan trắc bằng các vector T = (t1 , t 2 ,..., t n ) ; T q = (q1 , q2 ,..., qn )T . Khi số chu kỳ quan trắc lớn hơn số luợng tham số, bài toán được giải như sau: -Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh: V = A.dZ + L (3.4) Trong đó: vector số hạng tự do L = q − q . 0 -Theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất ([v2] = Min) xác định được vector ẩn số và từ đó tính vector tham số của mô hình: dZ = −( AT A) -1.A T L (3.5) Z = Z 0 + dZ -Sai số mô hình: [v 2 ] mMH = (3.6) n−k Mô hình chuyển dịch theo thời gian cho phép thực hiện tính toán, dự báo chuyển dịch công trình trong thời gian tương lai. Dạng của hàm số mô hình được chọn dựa trên cơ sở phân tích trực quan đồ thị chuyển dịch. 3.2.2. Một số mô hình chuyển dịch công trình theo thời gian
15 1- Hàm số mũ (sử dụng để mô tả độ lún công trình dân dụng) S = S TP (1 − e −αt ) (3.7) 2- Hàm đa thức q t = a 0 + a1 .t + a 2 .t 2 + ... + a n .t n (3.8) Trong đó: qt là Giá trị dịch công trình ở thời điểm t; (a0, a1, a2, ....an) là vector hệ số của đa thức. 3- Hàm tuần hoàn qt = a0 + a1. sin( wt ) + a2 . cos(wt ) + a3 t (3.9) Thực tế quan trắc chuyển dịch tại các công trình thuỷ lợi - thủy điện ở Việt Nam cho thấy, giá trị chuyển dịch ngang của các tuyến đập trong giai đoạn vận hành phụ thuộc vào mực nước trong hồ chứa, yếu tố này biến đổi theo mùa và có tính tuần hoàn. Vì vậy, việc sử dụng hàm tuần hoàn để xây dựng mô hình chuyển dịch đối với các công trình loại trên là phù hợp. 3.3. Thời gian trễ chuyển dịch Thông thường, phản ứng của công trình thường xảy ra muộn hơn so với thời điểm tác động của tác nhân gây ra chuyển dịch. Sự không đồng bộ về thời gian như nêu ở trên được gọi là thời gian trễ chuyển dịch. Việc xác định thời gian trễ chuyển dịch không những cho phép đánh giá chính xác mối tương quan giữa chuyển dịch và tác nhân gây ra chuyển dịch đó mà còn giúp cho việc hoạch định thời điểm quan trắc một cách hợp lý . 3.3.1. Xác định thời gian trễ chuyển dịch công trình theo hệ số tương quan Trong tài liệu [49], đã đề xuất phương pháp xác định thời gian trễ chuyển dịch bằng cách so sánh hệ số tương quan, nội dung của phương pháp dựa trên cơ sở lý luận sau: Giả sử trong quá trình quan trắc thu được 2 chuỗi giá trị định lượng tại các chu kỳ đo: chuỗi giá trị của tác nhân gây ra chuyển dịch X = {x1 , x2 ,..., xn } và chuỗi giá trị chuyển dịch q = {q1 , q2 ,..., qn } . Quan hệ tương quan giữa chuyển dịch và tác nhân gây chuyển dịch được xác lập thông qua hệ số tương quan r(xq)
16 M ( X , q) r( X ,q ) = (3.10) M ( X ).M (q) Trong đó: M(X), M(q) là sai số trung phương của các đại lượng X, q; M(X,q) là mô ment tương quan bậc 2, được xác định theo công thức: 1 n M ( X , q) = ∑ ( X i − X ) ( qi − q ) (3.11) n − 1 i =1 Bước đầu, tính hệ số tương quan giữa X và q theo số liệu quan trắc. Tiếp theo, thực hiện dịch chuyển tịnh tiến biểu đồ chuyển dịch so với biểu đồ của tác nhân gây chuyển dịch và tính hệ số tương quan mới giữa X và q. Mỗi lần dịch chuyển tịnh tiến như vậy sẽ tính được một giá trị hệ số tương quan. Thời gian trễ chuyển dịch của công trình chính là khoảng thời gian tịnh tiến đồ thị Δt, khi mà hệ số tương quan đạt giá trị lớn nhất. 3.3.2. Xác định thời gian trễ chuyển dịch theo cực trị hàm hồi quy Dựa trên chuỗi kết quả quan trắc trong các chu kỳ để xây dựng hàm hồi quy để mô tả chuyển dịch công trình cũng như tác nhân gây chuyển dịch. Trong luận án đề xuất phương pháp xác định thời gian trễ của chuyển dịch công trình bằng cách phân tích và so sánh thời điểm xảy ra cực trị của hàm hồi quy chuyển dịch và hàm hồi quy tác nhân chuyển dịch. Nếu hàm hồi quy thể hiện chuyển dịch là q = f (t ) , hàm số thể hiện tác nhân gây chuyển dịch (ví dụ như sự biến động mực nước trong hồ chứa H) là H = ϕ (t ) . Thời điểm mà 2 hàm số trên đạt giá trị cực đại hoặc cực tiểu được xác định thông qua việc giải 2 phương trình vi phân: f ' (t ) = 0 và ϕ ' (t ) = 0 . Kí hiệu các nghiệm tương ứng của 2 phương trình trên là t1 và t2. Khi đó thời gian trễ của chuyển dịch được tính theo công thức (hình 3.1): Δt = t1 – t2 (3.12) Quy trình tính toán xác định thời gian trễ chuyển dịch theo phương pháp phân tích cực trị hàm được thể hiện thông qua ví dụ: Giả sử theo kết quả quan trắc trong n chu kỳ, chuyển dịch (q) và độ cao mực
17 H Biểu đồ mực nước o o T (Thời gian) O o o Δt Δt Biểu đồ chuyển dịch q Hình 3.1: Thời gian trễ chuyển dich công trình qt = a0 + a1 .Sin( w1t ) + a2 .Cos(w1t ) + a3t (3.13) H t = b0 + b1 .Sin( w2 t ) + b2 .Cos( w2t ) + b3t (3.14) Từ đó tính được thời gian trễ chuyển dịch: ϕ1 − α1 + 2kπ ϕ 2 − α 2 + 2kπ Δt = t1 − t 2 = − (3.15) ω1 ω2 3.3. Ứng dụng phương pháp phân tích tương quan để đánh giá chuyển dịch công trình 3.4.1. Phân tích tương quan tuyến tính đơn 3.3.1.1. Cơ sở lý thuyết Giả sử có { (Xi, Yi } i = 1, n là một mẫu ngẫu nhiên hai chiều thu được khi quan sát véctơ ngẫu nhiên (X, Y) thì hệ số tương quan mẫu rXY của X và Y được xác định như sau: XY − X Y r XY == 2 2 (3.16) 2 2 X − (X ) Y − (Y )