變形監(jiān)測方法及方案設(shè)計

[教學(xué)目的]：使學(xué)生了解和掌握變形觀測技術(shù)方法及變形觀測方案的設(shè)計.[教學(xué)重點]：1.變形觀測方法

2.變形觀測方案的設(shè)計.[教學(xué)方法]：講授第一章、變形監(jiān)測§1.1變形監(jiān)測技術(shù)一、變形監(jiān)測的定義及意義變形監(jiān)測是對被監(jiān)視的對象（變形體）進行測量以確定其空間位置隨時間的變化特征。為變形分析和預(yù)報提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

變形體：工程建筑物、技術(shù)設(shè)備以及其他自然或人工對象。如：古塔與電視塔、橋梁與隧道、船閘與大壩、大型天線、車船與飛機、油罐與貯礦倉、崩滑體與泥石流、采空區(qū)與高邊坡、城市與灌溉沉降區(qū).變形觀測意義：對于工程建筑物：為改善建筑物理參數(shù)、地基強度參數(shù)提供依據(jù)，防止工程破壞事故，提高抗災(zāi)能力。機械技術(shù)設(shè)備：保證設(shè)備安全、可靠、高效地運行，為改善產(chǎn)品質(zhì)量和新產(chǎn)品設(shè)計提供技術(shù)依據(jù).滑坡：通過監(jiān)測其隨時間變化過程，可進一步研究引起滑坡的成因，預(yù)報大的滑坡災(zāi)害。礦山：可采用控制開挖量和加固等方法，避免危險性變形的發(fā)生，同時可改進變形預(yù)報模型。地殼構(gòu)造運動監(jiān)測。二、變形觀測方法（一）常規(guī)的大地測量方法指用常規(guī)的經(jīng)典或現(xiàn)代的大地測量儀器測量方向、角度、邊長和高差等量所采用的方法的總稱。儀器：光學(xué)經(jīng)緯儀、水準儀、電子經(jīng)緯儀、水準儀、測距儀、全站儀、GPS等.特點：

1.能提供變形體整體的變形狀態(tài)；

2.觀測量通過組網(wǎng)線可進行測量成果的校核和精度的評定；

3.靈活性大，能適用于不同的精度要求、不同形式的變形和不同的外界條件.缺點：外業(yè)工作量大，作業(yè)時間長，不易實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測和測量過程自動化.

沉降：幾何水準測量（H） 位移：一維水平位移（X或Y） 二維水平位移（XY） 傾斜：i

撓度一維水平位移：①測小角法②活動覘牌法③控制線法④激光經(jīng)緯儀準直和波帶板激光準直法

激光點光源、波帶板裝置、光電探測器⑤引張線法

三測回平均值中誤差0.03mm二維水平位移：①極坐標法②導(dǎo)線法③前方交會法④單三角形⑤GPS10-6CMPU雙頻監(jiān)測器雙頻監(jiān)測器雙頻監(jiān)測器參考點單頻監(jiān)測器GPS連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)框圖撓度：在建筑物的垂直面內(nèi)各不同高程點相對于底點的水平位移稱為撓度。美國紐約‘帝國大廈’高102層，在風(fēng)荷載作用下，最大擺動達7.6cm.可由觀測不同高度處的傾斜換算而得。（二）特殊的大地測量方法

特點：①測量過程簡單

②容易實現(xiàn)自動化觀測和連續(xù)觀測

③提供的是局部的變形信息1、沉降測量：液體靜力水準測量法

①

②當液面高度發(fā)生生變化時，浮子子帶著鐵心升降降，由于鐵心相相對于電感線圈圈的上下移動，，使線圈上的電電感發(fā)生變化，，用導(dǎo)線連接到到離觀測點一定定距離的觀測室室內(nèi)，再用專門門的電橋?qū)㈦姼懈辛康淖兓婋妷鹤兓?，遙測測儀器通過量測測電壓的變化，，便知鐵心的升升降量，亦即為為容器液面高度的變化量。2、應(yīng)變測量：設(shè)設(shè)兩點間距離為為,第二周期測量時時距離變化了那么為為兩點點間平均線應(yīng)變變.當與變形體尺寸比很小時時，則看看成為點應(yīng)變.測有機械法：用因瓦絲、石石英棒等作為長長度的標準.長度的變化用機械械—電子傳感器測量量；精度：幾十個微微米干涉法：激光干涉法可可測到幾百米，，甚至幾千米.精度：10-7真空中：4X10-10應(yīng)變傳感器實質(zhì)質(zhì)為——導(dǎo)體（金屬條或或很窄的箔條））做法：埋設(shè)在變變形體中，由于于變形體中的應(yīng)應(yīng)變使得導(dǎo)體伸長長或縮短，從而而改變了導(dǎo)體的電阻.電阻變化用電橋橋測量，通過測量電阻的變變化就可以計算算應(yīng)變.測距離變化求應(yīng)應(yīng)變應(yīng)變傳感器3、準直測量：激激光在大氣中精度：：10-5~10-6在真空中精度：：10-7~10-8方向性強，直接接準直如：：激光經(jīng)緯儀準準直激光準直單色性好，衍射射準直如：：波帶極激光準準直尼龍絲準直：尼尼龍絲直徑0.3mm，施加1.5kg拉力系統(tǒng)包括：尼龍龍絲拉緊裝置和和一個對中的讀讀數(shù)顯微鏡原理：如果逐次觀測三三個點的偏離值值，每次推進一一個點，兩個點點重疊起連接作作用，這樣可按按連接支導(dǎo)線計計算導(dǎo)線各中間間點相對于閉合合邊的偏離值。。尼龍繩準直測量量的精度分析連接支導(dǎo)線中點點（最弱點）的的準直精度可用用下式估算：尼龍繩準直的精精度受①觀測儀儀器誤差②讀數(shù)數(shù)誤差影響③氣氣流的影響鋼絲準直：引張張線，直徑1mm，10~50kg拉力拉緊鋼絲.裝置：端點，觀觀測點，鋼絲和和保護管.設(shè)置浮托裝置三測回觀測平均均值精度：0.1~0.3mm垂直測量：光學(xué)垂準儀激光鉛直儀：可可用于測定高層層建筑物的擺動動.機械法垂直準直直：正垂倒垂：：還可可用作作變形形觀測測的基基準點點。偏離值值可通通過垂垂線坐坐標儀儀測得得。傾斜：：電子子傾斜斜儀1.擺式傾傾斜儀儀利用可可變電電感的的原理理制成成的，具有：①靈敏敏度高高②讀數(shù)數(shù)方便便③調(diào)整整范圍圍寬2.氣泡式式傾斜斜儀我國制制造的的氣泡泡式傾傾斜儀儀2°觀測范范圍1°如應(yīng)用用于設(shè)設(shè)備基基礎(chǔ)平平臺的的傾斜斜觀測測。3.差動電電容式式電子子水準準器工作原原理：：當玻玻璃管管水準準器傾傾斜時時，氣氣泡向向旁邊邊偏離離x，使C1C2中介質(zhì)質(zhì)的介介電常常數(shù)發(fā)發(fā)生變變化，，引起起橋路路兩臂臂的電電抗發(fā)發(fā)生變變化，，因而而橋路路失去去平衡衡，可可用測測量裝裝置將將其記記錄下下來。。這種種電子子水準準器可可固定定地安安置在在建筑筑物或或設(shè)備備的適適當位位置，，就能能自動動地進進行傾傾斜觀觀測。。適用用于作作動態(tài)態(tài)觀測測，形成差差動電電容裝裝置高頻交交流電電壓C1C2構(gòu)成橋橋路兩兩臂Z1Z2為阻抗抗R載為負載載電阻阻（三））攝影影測量量方法法1.應(yīng)用：：地面攝攝影測測量方方法越越來越越廣泛泛用于于大型型工程程建筑筑物的的變形形觀測測。大型的的工程程建筑筑物：：混凝凝土大大壩、、檔土土墻、、高層層建筑筑物等等?？罩袛z攝影測測量也也有用用于較較大范范圍的的地面面變形形測量量。如：測測定由由于地地下采采礦而而引起起的地地表移移動.由于火火山噴噴發(fā)而而致的的環(huán)境境變化化……2.優(yōu)點：：①可同同時測測定變變形體體的任任何變變形②提供供完全全和瞬瞬時的的三維維空間間信息息③大量量減少少野外外的測測量工工作量量④可以以不需需要接接觸被被測物物體⑤有了了攝影影底片片，可可以觀觀測到到變形形體以以前的的狀態(tài)態(tài)。3.原理：：有基基于固固定攝攝站得得時間間基線線法：：測測二維維變形形有立體體攝影影測量量方法法：測測三維維變形形固定攝攝站的的時間間基線線法原原理：：原理：：精度：參考點點使用用：設(shè)設(shè)內(nèi)外外方位位元素素不變變，第第2次攝影時像點坐標標為x’，z’；內(nèi)外方位元元素變化，，像點坐標標測得為設(shè)n個控制點列列誤差方程程可解算系數(shù)數(shù)地面立體攝攝影測量的的解析處理理方法有：：1.空間前方交交會法2.空間后交—前交法3.嚴密解法4.直接線性變變換法左像片右像片坐標儀量測測的坐標值值像片坐標像方空間坐坐標當DLT系數(shù)已知：：對一個時時X列4個誤差方程程可解出三三維坐標當DLT系數(shù)未知：：需布至少少6個控制點，，X解算出DLT系數(shù)再求XX坐標.§1.2變形監(jiān)測方方案變形監(jiān)測方方案的制定定影響到：：觀測的成成本成果的精度度和可靠性性變形監(jiān)測方方案的制定定包括以下下幾個方面面：①變形觀測測的精度②變形觀測測的周期③變形觀測測的內(nèi)容④變形觀測測的方法（（監(jiān)測網(wǎng)布布置、觀測測點布置………）⑤變形觀測測的成本一、變形觀觀測的精度度確定典型精度1mm或相對精度度為10-6，制定變形觀觀測的精度度取決于變變形的大小小、速率、、儀器和方法所能達達到的實際際精度，以以及觀測目目的等。一般：變形目的是是安全監(jiān)測：觀測誤差差<(1/10~1/20)允許變形值值變形目的是是研究變形形過程：以以最高的精精度進行變變形觀測如：某建筑筑物為框架架結(jié)構(gòu)，基基礎(chǔ)土層為為高壓縮土土，相鄰兩兩沉降觀測點的的距離，兩點差異異沉降量的的允許值為為δ=0.003l=0.003×8=24mm兩點差異沉沉降量的觀觀測中誤差差取為m差異=1/10δ=2.4mm差異沉降量量是兩次高高差之差，，而高差又又是兩點高高程之差，，則任一測測點高程中中誤差為又如：某建建筑物高24m，允許傾斜斜值為：δδ=0.004Hg=96mm設(shè)傾斜是平平移和沉降降共同作用用，影響相相等，則允允許的平移移值為則：也和不同的的建筑物及及建筑物的的結(jié)構(gòu)、部部位等有關(guān)關(guān)。一般：對于于有連續(xù)生生產(chǎn)線的大大型車間（（鋼結(jié)構(gòu)，，鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)的的建筑物））m沉陷=2mmm高程H=1mm特種工程設(shè)設(shè)備m=0.1mm二、觀測的周期觀測內(nèi)容沉陷量/mm水平位移/mm巖基上的混凝土壩壓縮土上的混凝土壩土壩施工期間土壩運營期間12105125~103~5大壩的要求求列于下表表：定量：一般當時時，，認為是有有變形，否否則為誤差差反映。定性：與荷荷載增加、、地基土質(zhì)質(zhì)、沉降變變形速度、、變形值大大小等有關(guān)。一般：施工工中，頻率率要大一些些，一般三三天，七天天，半月。?？⒐ね懂a(chǎn)：：頻率要小小一些，一一般一個月月、兩個月月、三個月、半半年、一年年等。觀測點穩(wěn)定定后，荷載載增加25％，每增加加15％，…………第1年4次，第2年2次，以后每每年1次。變形種類水庫蓄水前水庫蓄水水庫蓄水后2~3年正常運營沉

陷混凝土壩

相對水平位移

絕對水平位移土石壩

沉陷、水平位移1個月半個月0.5~1個月1季度1個月1周1季度1個月3~6個月半個月1季度1季度半年1個月6~12個月半年大壩變形觀觀測周期：：三、變形觀觀測的內(nèi)容容根據(jù)不同類類建筑物及及建筑物的的不同部位位，甲方、、乙方綜合合商定。四、變形觀觀測的方法法前面所講的的變形監(jiān)測測技術(shù)，都都是根據(jù)控控制點直接接測定變形形的方法，，在所有的的方法中，，都首先要要進行變形形監(jiān)測控制制網(wǎng)的布設(shè)設(shè)，然后才才能以此為為基礎(chǔ)測定定變形值?？刂凭W(wǎng)布設(shè)設(shè)：基準點———工作基點點——觀測測點（目標標點）①布置原則則：遠離或深埋埋近，有變形形建筑物上，，反應(yīng)建筑筑物變形②標志構(gòu)造造形式：如：地表巖巖石標考慮凍土鉚釘深埋雙金屬屬標平峒巖石標標爆擴樁古樹根……③監(jiān)測網(wǎng)坐坐標系和基基準的選擇擇：大地坐標系系統(tǒng)：當變變形體的范范圍較大且且形狀不規(guī)規(guī)則時，可可選用該系統(tǒng)好處：已知知系統(tǒng)的歸歸化和投影影改正公式式監(jiān)測網(wǎng)也可可得到檢查查確定：將監(jiān)監(jiān)測網(wǎng)與已已有的大地地網(wǎng)連測或或?qū)⒋蟮乜乜刂凭W(wǎng)點直直接作為參考點點的方法法即可確確定一二三準網(wǎng)網(wǎng)秩虧數(shù)分別為為1、3、6（測邊時時）↓↓1個已知點點2個已知點點基于監(jiān)測測體的坐坐標系統(tǒng)統(tǒng)：適用用于那些些具有明明顯結(jié)構(gòu)構(gòu)性特征征的變形形體坐標軸與與監(jiān)測體體的主軸軸線重合合、平行行或垂直直。這時目標標點的變變形剛好好在某一一坐標方方向上。。注意※關(guān)關(guān)鍵：1.一旦選定定了固定定基準，