[建筑土木]土石方论文

[建筑土木]土石方论文内容摘要：

性线为三角边，向两侧进行扩展，使其符合实际地形。 ⑵ 地物对构网的影响及处理方法 等高线在遭遇房屋、道路等地物时需要断开，这样在地形图生成 TIN 时，除 了要考虑地性线的影响之外，更应该顾及到地物的影响。 一般方法是：先按处理地形结构线的类似方法调整网形；然后，用 “ 垂线法 ” 判别闭合特征线影响区域内的三角形重心是否落在多边形内，若是，则消去该三角形 (在程序中标记该三角形记录 )；否则保留该三角形。 经测试后，去掉了所有位于地物内部之三角形，从而在特征线内形成 “ 空白地 ”。 ⑶ 陡坎的地形特点及处理方法 遭遇陡坎时，地形会发生剧烈的突变。 陡坎处的地形特征表现为：在水平面上同一位置的点有两个高程且高差比较大；坎上坎下两个相邻三角形共享由两相邻陡坎点连接而成的边。 当 构造 TIN 时，只有顾及陡坎地形的影响，才能较准确的反映出实际地形。 对陡坎的处理如图 26所示： 西南科技大学本科生毕业论文 11 图 26 对陡坎的处理 如图 26（ a）所示，点 1~4 为实际测量的陡坎上的点，每个点其实有两个高程值，不符合实际的地形特征。 在调整时将各点沿坎下方向平移了 1mm，得到了 5~8各 点其高程值根据地形图量取的坎下比高计算得到。 将所有的坎上、坎下点合并 连接成 一闭合折线，并分别扩充连接三角形，即得到调整后的图 26（ b）。 三角网与切割面的关系 三角网是由很多个独立的三角形组成，网中的每一个三角形都有很多相同的特征，所以研究一个三角形特征就可知整个三角网的特征。 如图 27所示，三角形 ABC为三角网中的一个三角形， A、 B、 C 三点为地面的三个高程点，有其三维坐标。 将 A、B、 C 三点分别垂直向下和向上延伸构成一个下底和上底无限的三角棱柱 Z。 用空间切割面 P(水平或非水平 )切割这个棱柱 Z，切割后，三角棱柱 Z 与空间切割面 P相交于A B C1，根据 A B C1三点与三角形 ABC 的不同关系形成各种不同形状的柱体。 我们要计算的开挖方量就是这些柱体的体积。 图 27 三角形特征 在各种土方量计算中，都有一个或多个切割三角网的多边形，我们把这个多边形 西南科技大学本科生毕业论文 12 称为空间切割面。 因此，我们这里讨论的空间切割面不是一个平面，它是一个有边界点的多边形。 在计算土方量时，要求用户给出这个面内的任意不在同一直线上的三点的三维坐标，根据这三点可以建立这个平面方程。 然后根据空间切割面边界点的 X、Y 坐 标，由平面方程，可计算出各点的高程。 图 28 所示三角棱柱与空间切割面关系图 (a)、 (b)、 (c)，图中 A2B2C2 为三角网中的一个三角形 , A B C1 为三角形 A2B2C2 在垂直方向上向上下延伸后与空间切面P 的交点，根据 A B C1 与 A B C2 三点的空间关系分成三种情况 : (1)空间切割面切割三角棱柱时仅有挖方量，如图 (a)， A B C2 三点高程分别大于 A BC1 的高程，土方量计算部分是一个三棱柱，体积为土方计算中的挖方量； (2)仅有填方量，如图 (b), A B C2 三点的高程 分别小于 A B C1 三点的高程，土方量计算部分也是一个三棱柱，其体积为土方量计算中的填方量； (3)既有挖方量又有填方量，如图 (c)，三角形 A2B2C2 与三角形 A1B1C1 相交与 E、 F 两点。 土方量计算有两部分，填方量部分 A1A2EF(三棱锥 )，挖方量部分 EFB1C1C2B2(楔形 )。 图 28 三角棱柱与空间切割面关系 由于空间切割面具有边界性，边界线势必与三角网中部分三角形相交，与空间切割面 P的边界线相交的三角形我们称为边界三角形，解决边界三角形的土方量 计算问题是土方量计算中的难点。 我们可以利用空间切割面的边界线的平面方程 (只含 X、 Y两个未知数 )和三角形中与空间切割面相交的一条边的平面方程求出交点的平面坐标(X、 Y)，然后根据距离比与高差比相等的关系，可求出交点 西南科技大学本科生毕业论文 13 图 29 边界三角形和空间切割面的关系 的高程。 如图 29边界三角形 ABC 的边 AB 与空间切割面 P的边界线 P1P2的交点为 E，已知边界线 P1P2和三角形边 AB 所在的直线平面方程由公式（ 27）和（ 28） : 0111  CYBXA （ 27） 0222  CYBXA （ 28） 利用式 (（ 27） )、 (（ 28） )可求出交点 E的 X、 Y值，设 E 点的高程为 He，由于 A、 B、 E三点共线，故有 :     ebaebeea SSHHHH //  （ 29） 其中 Sae、 Seb 分别表示 AE、 EB 两线段的距离 (利用 X、 Y 坐标计算 )，用式 (29)可计算出交点 E 的高程 He。    aeebbaeaebe SSHSHSH  /** （ 210） 土方量的计算 空间切割面与三角网结构 DTM 相交时，使得不同的三角形与空间切割面有不同的关系，土方量计算的形状各不相同，所以有必要讨论多边形棱柱 (锥 )的体积计算原理。 这里讨论的多边形棱柱是一个上、下底面不平行，下 底面不水平，棱铅垂的一般多边形棱柱。 （ 1）一般多边形棱柱的体积 如图 210所示 ,多边形棱柱体积的基本公式为（ 211） 西南科技大学本科生毕业论文 14 图 210 多边形形棱柱 hSV * （ 211） 式中， S 为多边形棱柱底面在水平面上投影的面积，可以用 A,B,C,D 的平面坐标(xi,yi)按公式（ 212）计算   11 121     iini ii xxyyS （ 212） 其中， n 为棱柱底面多边形的边数， yn+1=y1， xn+1=x1； h 为多边形棱柱各棱长的平均值，即公式 (213)   nhhhh n /... .. .21  (213) 各棱长可以由上、下底边界点的高程求得，即公式 (214) AA HHh  11 ， BB HHh  12 (214) （ 2）多边形棱锥的体积 图 211 多边形棱锥 如图 211所示，多边形棱锥体积的基本公式 (215)为 3/*hSV (215) 式中， S 仍按式 ((212)计算； h表示棱锥的高，用 E 点的高程减去多边形底面各边界点高程的平均值求得。 （ 3）楔形的体积 西南科技大学本科生毕业论文 15 楔形是一个特殊的柱体形状，如图 212所示的楔形图，已知 A、 B、 C、 D、 E、 F各点的三维坐标，计算楔形的体积。 解法如下 : 图 212 楔形 1．计算底面 ABCD 的投影面积，计算方法同上； 2．计算楔形的高，利用 E、 C、 F、 D的高程计算高差 Hec、 Hfd，楔形高为两高差的平均值为公式 (216)： 4/)( fdec HHh  (216) 3． 楔形体积 hSV * (217) 所以由以上所知当三角形的 3 个角点全部为挖或全部为填时计算式为 ShhhV *3 321   (218) 式中 S 为三菱柱底面积。 H H H3 为三角形各角点的施工高度，单位 m，用绝对值代入． 当三角形 3 个角点有挖有填时，零线将三角形分成 2 部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边形的楔体． H3指的是锥体顶点的施工高度．其中，锥体部分和楔体部分的 体积为：       123322133323133hhh*3SVhhhhh*3SVhhhhh锲锥 (219) DTM 土方量计算误差探讨 理论上说 ,基于 DTM 的土方量计算法适用于任何情形， DTM 的精度是影响土方量计算准确与否的主要因素。 由于实际地形的非平稳性。 DTM的精度主要取决于原始采样点的密度和分布以及地形特征顾及与否。 其中 DTM误差的一种来源是对自然真实表 西南科技大学本科生毕业论文 16 面的采 样过程。 这种误差出现在从原始资料产生地面点的过程中．误差是由原始资料本身的不合适性和使用的仪器引起的。 我们可以采取一些措施尽量减小它。 使之达到误差允许的 范围 内。 DTM 误差的另一种来源是重新采样，即在保留了与原始地面较为逼近的情况下，将由原始数据派生的数据压缩成易于管理的过程中 ， 这是一种性质不同的处理。 因为提取的信息在很大程度上受采样区间和所用插值方法的影响。 DTM误差的表达和研究涉及到 DTM 与实际地面的平均偏差．也涉及误差的分布和误差的非随机空间分量。 对于一个实际 应用 问题．要确定一个合适的 DTM，则基本上依 赖于研究对象所要求的精度 ， 采样方法以及对地形变化的敏感度。 总之， DTM 的精度取决于采样密度、测量误差 (偶然误差．系统误差和粗差 )、地形类别、高程点数目和位置等。 影响精度的主要 元 素是数据获取，通过选择适当的内插法，可以获取基本相同的精度。 西南科技大学本科生毕业论文 17 第 3 章 土石方计算数据的采集及处理 外业数据采集 在计算土石方时需采集数据，全站仪测量是当今普遍运用的测量方法，其在很多方面都运用到了。 在土石方的测量中适合任何地形的测量，并且作业简单快速，精度较高。 土方测量控制网的布设 土方工程的 测量与计算所需的控制网主要是测图控制网。 该控制网的作用是为土方工程的测量工作提供工程范围内统一的参考框架，为土方测量工作提供位置基准，满足土方工程在设计阶段对测绘在质量、进度和费用等方面的要求。 控制网也具有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。 在布网前应收集测区内已有的平面、高程控制和地形图等测绘资料。 网点的密度视测图而定，点的位置取决于地形条件，控制范围应较大，应尽量均匀便于施测和进行图根加密。 测图控制网还应与国家控制点相连。 测量控制网的布设，即控制点的选择与测量工作。 土方工程控制网的布设也采用逐。