山区地形岩体滑塌预报研究中的经纬仪三维观测.doc

测绘信息网山区地形岩体滑塌预报研究中的经纬仪三维观测卢清国摘要本文介绍了一种只用一台经纬仪，在一个观测站，不到各观测点，可在山区地形对危险岩体滑塌位移运动进行三维观测的方法。关键词仪高差测距滑塌岩体预报位移三维观测1前言 测绘信息网在山区地形下，矿山的尾矿坝岸堤的高边坡受水的浸蚀作用或雨季的影响以及自身的风化作用和倾覆力矩作用，有时会发生大的岩体倾覆或滑塌现象；在露天矿的高边坡中，有时也会发生边坡的自然崩塌现象；在大多位于山区采用空场采矿法的金属矿山中，对许多矿体开采后形成的采空区未作任何处理，有的矿山还需要在较大的地下空区周围进行采矿工作，空区上覆岩层的稳定状况及可能会发生的突然塌陷事故，给地上、下的构建筑物及人员带来安全隐患。上述现象的共同特征有：a.会对财产和人身安全造成很大的危害；b.一旦发生，即为突发性的和不可抗拒的；c.发生塌陷现象的发展过程不是突变的，是可以通过科学的监测手段，对过程进行跟踪，对现象可能发生的时间和范围进行预报。岩体滑塌的过程是一个岩体在外界自然力如水的浸蚀、风化、倾覆力矩或人为的工程等因素的作用下，自身结构发生离层、分离到突发性滑塌的过程。它是一个滑塌体与母岩体距离增大的过程，表现形式即为滑塌体位移的渐增到突变。因此采用科学的具有合适精度的日常连续位移监测方法，即可预测和预报出滑塌范围和时间。 测绘信息网而在位移监测中，普遍采用的较为可靠的常规监测方法是在欲监测滑塌体上建立位移动态观测点线，使用光学测量仪器如水准仪、经纬仪对滑塌体进行三维监测。在山区地形情况下对易发生突发性滑塌的岩体进行位移监测有两个突出的特点：在山区地形，三角高程测量方法是优先要考虑的方法。而三角高程测量中的高程确定，是以观测站对观测点之间距离为基础进行计算的，这个距离是随着滑塌体的三维运动不断改变的，其变化已直接影响到监测精度和水平位移的确定。当所测量的垂直角从10到25变化时，对垂直位移的计算影响已达到测站到测点之间的距离变化的17.2%466，需要经常修正观测站与各观测点之间的距离来保证沉降观测的精度；对滑塌体的观测是在滑塌体可能发生突发性滑塌情况下进行的。因此，人员不能到观测点位去。这就使得距离修正和平面位移测量的工作量大，同时常规测距法很难进行量测。而由交会法确定点位坐标，再换算距离的方法，常因为测点布设分散和地形的影响，使得交会角有可能过大或者过小，既影响了计算精度，又使测站的选择受限，同时增大了日常观测的工作量。因此要研究适合的三维立体观测方法。本文介绍了在辽宁省凌源市柏杖子金矿采空区突然塌陷预报研究中应用的一种方法。该方法利用普通经纬仪，在山区地形下，只在一个测站就可简便易行地采用三角高程和水平角测量方法进行全部测点位移矢量的三维观测。2三维观测系统 测绘信息网滑塌岩体发展过程中的位移变化过程是一个三维位移过程。在对柏杖子金矿采空区塌陷预报研究中，采空区上方地表共布置了13个位移观测点，塌陷区影响范围以外布置了6个观测站，其中在号测站进行日常观测。其它测站用作备用和校核。重点研究塌陷区内各沉降点的垂直位移量、下沉速度和波及范围。以一个m点为例，进而推广到多个测点情况。所建立的三维观测系统见图1。图1中的p平面是经纬仪视准轴中心所在平面。在计算m点运动到新位置m点位移矢量时，可取位移移动终点高度所在平面进行三维位移计算。每次观测及计算均以此为根据。 测绘信息网图1滑塌体三维观测系统图图中：mi、 mi+1分别是第m号点第i次观测和第i+1次观测与号观测站的高程差，m; 测绘信息网i=1,2,3,n,m=1,2,3,13ii=(ii,1,i1,2）ii,1,ii,2分别是第i次第一，第二测回仪器高,m;分别是m点第i次观测第一、第二测回竖直角（单位为）；k国家等级测量点。 测绘信息网3经纬仪单向测距法仪高差测距法3.1三角高程测量中距离变化的影响三角高程测量法是在山区地形进行滑塌体垂直位移沉降观测中的首选方法。但是，由于滑塌体不仅有垂直位移，平面上的水平位移数值也较大，为三角高程计算带来很大的误差。在滑塌体垂直位移观测中的三角高程测量中的测点高度计算通式为：h=s.tg+i(1)式中 测绘信息网h从观测站水平到各观测点顶尖的高度（m）；观测坚直角（）；i观测时的仪器高（m）。对式（1）取全微分得：dh=tg.ds+1/(cos）2.d+dl(2)式（2）中的第3项为量取仪器高的误差，近似为定值，采取措施可将其控制在1mm-2mm以内。当使用j2型经纬仪时，第2项d换算成弧度后数值非常小，可忽略不计。对高程变化起主要作用的是第1项，如设经纬仪可使用最大仰角为30时，dh与ds的关系是dh=57.7%ds，即在所测得的高度变化值dh中，有57.7%是由距离变化引起的。事实上，滑塌体的平面位移矢量较大，有时甚至超过垂直位移，因此ds值也较大。对测点高度变化的影响相当严重。3.2仪高差测距法的原理与精度为求得人员不到滑塌体上的点位即可频繁地测量距离数值，适应对滑塌体动态监测需要，在日常观测中首次使用仪高差测距法测出观测站至各测点的距离变化，配以水平角观测，进而求算出各测点的平面位移和垂直位移。仪高差测距法的原理是在一个观测站，最大限度地加大二测回仪器高差，根据二测回的竖直角观测结果，利用三角几何的方法，计算出观测站到测点的距离，其原理见图2。 测绘信息网图2中，第m号测点的第i次观测中与观测站的距离为：(3)图2仪高差测距法原理图根据上述原理，在应用该方法前，分别进行了仪高差测距法测距与光电测距仪测距和全站仪测距的实测结果对比（对比结果从略）。为使仪高差测距满足滑塌体位移观测需要，应采取下列措施：a根据仪器观测视线情况，观测站与测点之间的距离不宜超过200m。b采用高精度的经纬仪，如j2经纬仪；c尽可能地增大两测回的仪器高差，以增大i,1m,i,2m的角度差，降低式（3）中分母相减时舍入误差对计算值的放大作用；d精确量取仪器高，为满足长期观测的需要，可修筑一永久性的观测站，采用强制归心和固定的大仪器高差的方法安设经纬仪。e用计算机处理数据。 测绘信息网4平面位移矢量4.1平面位移 测绘信息网当用仪高差测距法得出测站与各测点的距离后，采用常规水平角测量方法换算就可得出平面位移。在日常观测中，每次或每隔几次观测各测点和测站的连线与测站和国家等级点的连线基线的水平角，进而求算出水平角的变化，计算出水平角与基线的变化状态，求算出各测点之间的平面位置变化。水平角的变化与仪高差测距法测得的距离变化相结合，计算出各测点的平面位移。平面位移矢量计算，采用坐标正算法（见图3）。图3平面位移矢量计算图图3中： 测绘信息网c第m点测点在第i+1次观测时运动到m点的位置；a第m号测点第i次观测对mi+1高度水平面上的投影。当测点m位移到m位置时，在平面上从观测站到m点的投影a的射线与观测站到国家等级点的投影k的射线的角度由im变化到i+1m，其增量m,i,i+1=i+1m-im，因为m,i,i+1值很小，a点横向位移ab可看作圆弧长，计算横向位移ab就是计算圆弧长。把m,i,i+1换算成时，有：a点的纵向位移bc的长度，即m点与观测站之间的距离在第i次观测到第i+1次观测期间的距离变化增量：sm,i,i+1。bc=sm,i,i+1=si+1 m-sim，(m) 测绘信息网当sm,i,i+10时，测点向观测站方向移动。m点在第i+1次观测后，在平面上由a点移到c点，平面上的位移值ac：(4)4.2平面坐标变化当m点在第i+1次观测中移到m位置时，在x，y上的坐标增量分别是：x方向： 测绘信息网(5)y方向：(6)4.3位移移动方向m点自第i次观测到第i+1次观测期间，在平面上的位移移动的方向即ac的方位角m,i,i+1由图3经下式推出：(7)式中 测绘信息网测站到国家等级点基线的方位角,。5垂直位移 测绘信息网m点自第i次观测对第i+1次观测的垂直位移hi+1m，也是z坐标方向的位移，hm,i,i+1，见图4。图4三维位移矢量计算图(8)式中 测绘信息网或其中bi+1,1m,bi+2,2m分别是对m点第i+1次观测时，第一测回和第二测回的竖直角，；bi,1m,bi,2m分别是对m点第i次观测时，第一测回和第二测回的竖直角，。ii+1,ii,2,ii+1,1,ii+2,2分别是第i次观测和第i+1次观测时，第一测回和第二测回的仪器高，m。自m点运动到m点的位移矢量的倾角m,i,i+1为：m,i,i+1=arctg(hi+1m/(i+1m.sim)2+(sm,i,i+1)2)1/2，(9)位移矢量dc的空间总位移值为：dc=(i+1m.sim）2+(sm,i,i+1)2+(hi+1m)2)1/2，（m）(10)6应用 测绘信息网辽宁省凌源市柏杖子金矿位于山区，在1001号矿体开采中，2092采场和3092采场开采结束后形成的空区顶部距地表60m90m，中间有无资料可查的民采小空区存在。矿体为花岗岩浸染状成矿。在+270m中段矿体厚度为16m19m，空区总面积5000m2,体积为80000m3。为保证矿体开采中的安全，在地上、下分别建立位移、地音、应力监测系统，动态跟踪空区的变化情况，防止在矿体开采过程中的顶板突然塌陷事故。因空区顶部与地表距离较近，在地表布设沉降观测点，利用三角高程测量法进行塌陷区的全面积沉降观测。配合地下其他监测手段，为采空区突然塌陷提供预测和预报。利用上述方法成功地预报了3次采空区小范围的塌陷（见图5），证明了该方法是有效的。图5柏杖子金矿地表观测结果图7结论7.1利用三角高程在山区进行岩体滑塌的沉降观测，测站与各测点之间的距离变化对高程值计算的影响不容忽略。7.2首次应用仪高差测距法，在为保证测量精度的三角高程二测回测量中，既得出了高程值，又求得了各测点与测站之间的距离。7.3在山区地形进行三维位移观测时，采用这种方法的设备简单、工作量小，适于长期的对危险区域进行日常位移观测。7.4提高位移观测的措施是：使用高精度的经纬仪；最大限度地加大两测回的仪器高差，用计算机处理观测数据，精确地测量仪器高。作者简介卢清国，男，1955年生，副教授，1988年中国矿业大学矿山建筑专业研究生毕业，获工学硕士学位，现在北京科技大学攻读博士学位，曾先后发表论文多篇，并两次获部级科技进步三等奖。作者单位：（东北大学黄金学院）我的大学爱情观1、什么是大学爱情：大学是一个相对宽松，时间自由，自己支配的环境，也正因为这样，培植爱情之花最肥沃的土地。大学生恋爱一直是大学校园的热门话题，恋爱和学业也就自然成为了大学生在校期间面对的两个主要问题。恋爱关系处理得好、正确，健康，可以成为学习和事业的催化剂，使人学习努力、成绩上升；恋爱关系处理的不当，不健康，可能分散精力、浪费时间、情绪波动、成绩下降。因此，大学生的恋爱观必须树立在健康之上，并且树立正确的恋爱观是十分有必要的。因此我从下面几方面谈谈自己的对大学爱情观。2、什么是健康的爱情：1) 尊重对方，不显示对爱情的占有欲，不把爱情放第一位，不痴情过分；2) 理解对方，互相关心，互相支持，互相鼓励，并以对方的幸福为自己的满足; 3) 是彼此独立的前提下结合；3、什么是不健康的爱情：1)盲目的约会，忽视了学业;2)过于痴情，一味地要求对方表露爱的情怀，这种爱情常有病态的夸张;3)缺乏体贴怜爱之心，只表现自己强烈的占有欲;4)偏重于外表的追求;4、大学生处理两人的在爱情观需要三思：1. 不影响学习：大学恋爱可以说是一种必要的经历，学习是大学的基本和主要任务，这两者之间有错综复杂的关系，有的学生因为爱情，过分的忽视了学习，把感情放在第一位；学习的时候就认真的去学，不要去想爱情中的事，谈恋爱的时候用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。2. 有足够的精力：大学生活，说忙也会很忙，但说轻松也是相对会轻松的！大学生恋爱必须合理安排自身的精力，忙于学习的同时不能因为感情的事情分心，不能在学习期间，放弃学习而去谈感情，把握合理的精力，分配好学习和感情。3、 有合理的时间；大学时间可以分为学习和生活时间，合理把握好学习时间和生活时间的“度”很重要；学习的时候，不能分配学习时间去安排两人的在一起的事情，应该以学习为第一；生活时间，两人可以相互谈谈恋爱，用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。5、大学生对爱情需要认识与理解，主要涉及到以下几个方面：（1） 明确学生的主要任务“放弃时间的人，时间也会放弃他。”大学时代是吸纳知识、增长才干的时期。作为当代大学生，要认识到现在的任务是学习学习做人、学习知识、学习为人民服务的本领。在校大学生要集中精力，投入到学习和社会实践中，而不是因把过多的精力、时间用于谈情说爱浪费宝贵的青春年华。因此，明确自己的目标，规划自己的学习道路，合理分配好学习和恋爱的地位。（2） 树林正确的恋爱观提倡志同道合、有默契、相互喜欢的爱情：在恋人的选择上最重要的条件应该是志同道合，思想品德、事业理想和生活情趣等大体一致。摆正爱情与学习、事业的关系：大学生应该把学习、事业放在首位，摆正爱情与学习、事业的关系，不能把宝贵的大学时间，锻炼自身的时间都用于谈情说有爱而放松了学习。 相互理解、相互信任，是一份责任和奉献。爱情是奉献而不时索取，是拥有而不是占有。身边的人与事时刻为我们敲响警钟，不再让悲剧重演。生命只有一次，不会重来，大学生一定要树立正确的爱情观。（3） 发展健康的恋爱行为 在当今大学校园，情侣成双入对已司空见惯。抑制大学生恋爱是不实际的，大学生一定要发展健康的恋爱行为。与恋人多谈谈学习与工作，把恋爱行为限制在社会规