第九章變形觀測

1、第十五章第十五章 建筑物的變形觀測建筑物的變形觀測 概 述 變形觀測的精度和頻率 基準(zhǔn)點(diǎn)與變形點(diǎn)的構(gòu)造與布設(shè) 垂直位移觀測 水平位移觀測 傾斜觀測 撓度觀測 變形觀測的成果處理 建筑物的變形觀測，目前在我國已受到高度重視。隨著社會主義 建設(shè)的蓬勃發(fā)展，各種大型建筑物，如水壩、高層建筑、大型橋 梁、隧道及各種大型設(shè)備的出現(xiàn)，因變形而造成損失的也越來越 多。這種變形總是由量變到質(zhì)變而造成事故的。固而及時地對建 筑物進(jìn)行變形觀測，隨時監(jiān)視變形的發(fā)展變化，在未造成損失以 前，及時采取補(bǔ)救措施，這就是變形觀測的主要目的。它的另一 個目的是檢驗(yàn)設(shè)計的合理性，為提高設(shè)計質(zhì)量提供科學(xué)的依據(jù)。 建筑物產(chǎn)生變形的

2、原因很多，如地質(zhì)條件、地震、荷載及外力作 用的變化等是其主要原因。在建筑物的設(shè)計及施工中，都應(yīng)全面 地考慮這些因素。如果設(shè)計不合理，材料選擇不當(dāng)，施工方法不 當(dāng)或施工質(zhì)量低劣，就會使變形超出允許值而造成損失。 建筑物產(chǎn)生變形時，必然會引起內(nèi)部應(yīng)力的變化，當(dāng)應(yīng)力變化到 極限值時，建筑物即遭到破壞。所以對有些建筑物，在測定形變 的同時，應(yīng)輔以應(yīng)力測定。本章只涉及形變觀測。 根據(jù)變形的性質(zhì)，可分為靜態(tài)變形和動態(tài)變形兩類。靜態(tài)變形是 時間的函數(shù)，觀測結(jié)果只表示在某一期間內(nèi)的變形；動態(tài)變形是 指在外力作用下產(chǎn)生的變形，它是以外力為函數(shù)表示的，對于時 間的變化，其觀測結(jié)果表示在某一時刻的瞬時變形。 建筑物

3、在工程建設(shè)中 建筑物在使用過程中 建筑物沉降 建筑物位移 建筑物撓曲 建筑物傾斜 建筑物裂縫 勘察勘察 設(shè)計設(shè)計 施工施工 使用使用 失誤失誤 建筑物特點(diǎn) 工程地質(zhì)復(fù)雜 外界環(huán)境變化 建筑物高大 建筑物荷載大 建筑物體形復(fù)雜 建筑物荷載不均勻 沙質(zhì)土 淤泥 凍土 地下水位變化 大氣溫度變化 外界風(fēng)力變化 地震破壞 其它外力 概 述 由于變形是隨時間發(fā)展變化的，所以對靜態(tài)變形要周期性地進(jìn)行重 復(fù)觀測，以求取兩相鄰周期間的變化量；而對動態(tài)觀測，則需用自動 記錄儀器記錄其瞬時位置。本章主要說明靜態(tài)變形的觀測方法。 建筑物變形的表現(xiàn)形式，主要為水平位移、垂直位移和傾斜，有的建 筑物也可能產(chǎn)生撓曲及扭轉(zhuǎn)

4、。當(dāng)建筑物的整體性受到破壞時，則可產(chǎn) 生裂縫。 所謂變形，是指相對于穩(wěn)定點(diǎn)的空間位置的變化，所以在進(jìn)行變形觀 測時，必須以穩(wěn)定點(diǎn)為依據(jù)。這些穩(wěn)定點(diǎn)稱為基準(zhǔn)點(diǎn)或控制點(diǎn)。因而 變形觀測也要遵循從控制到碎部的原則。 根據(jù)觀測結(jié)果，應(yīng)對變形進(jìn)行分析，得出變形的規(guī)律及大小，以判定 建筑物是逐步趨于穩(wěn)定，還是變形繼續(xù)擴(kuò)大。如果變形繼續(xù)擴(kuò)大，且 變形速率加快，則說明它有破壞的危險，應(yīng)及時發(fā)出警報，以便采取 措施。即使沒有破壞，但變形超出允許值時，則會妨礙建筑物的正常 使用。如果變形逐漸縮小，說明建筑物趨于穩(wěn)定，到達(dá)一定程度，即 可終止觀測。 變形觀測的精度和頻率 建筑物變形觀測的精度，視變形觀測的目的及變形

5、值的大小而異，很 難有一個明確的規(guī)定，國內(nèi)外對此有各種不同的看法。原則上，如果 觀測的目的是為了監(jiān)視建筑物的安全，精度要求稍低，只要滿足預(yù)警 需要即可，在1971年的國際測量工作者聯(lián)合會(FIG)上，建議觀測的 中誤差應(yīng)小于允許變形值的1/101/20；如果目的是為了研究孿形的 規(guī)律，則精度應(yīng)盡可能高些，因?yàn)榫鹊母叩蜁绊懹^測成果的可靠 性。當(dāng)然，在確定精度時，還要考慮設(shè)備條件的可能，在設(shè)備條件具 備，且增加工作量不大的情況下，以盡可能高些為宜。 觀測頻率的確定，隨載荷的變化及變形速率而異。例如，高層建筑在 施工過程中的變形觀測，通常樓層加高1廣2層即應(yīng)觀測一次；大壩的 變形觀測，則隨著水位

6、的高低，而確定觀測周期。對于已經(jīng)建成的建 筑物，在建成初期，因?yàn)樽冃沃荡螅^測的頻率宜高。如果變形逐步 趨于穩(wěn)定，則周期逐漸加長，直至完全穩(wěn)定后，即可停止觀測。對于 頻臨破壞的建筑物，或者是即將產(chǎn)生滑坡、崩塌的地面，其變形速率 會逐漸加快，觀測周期也要相應(yīng)的逐漸縮短。觀測的精度和頻率兩者 是相關(guān)的，只有在一個周期內(nèi)的變形值遠(yuǎn)大于觀測誤差，其所得結(jié)果 才是可靠的。 意大利比莎斜塔意大利比莎斜塔 資料介紹： 八層，高55m，16層為大理石砌，78為青 磚石砌，內(nèi)徑7.65m，呈圓環(huán)形。1173年 1371年竣工，經(jīng)過198年建到四層傾斜，停工 94年。復(fù)建到第七層又停工83年，再建時第 八層明顯有

7、轉(zhuǎn)折。 經(jīng)測量： 塔北側(cè)沉降為量為90cm， 塔南側(cè)沉降為量為270cm，向南傾5.5 塔頂離開豎向中心線為5m, 傾斜值為0.093 原因： 1.地基粉砂土，施工不慎，粉砂外擠，偏 心荷載南側(cè)壓力大，造成傾斜。 2.塔基地壓力大，超過地基承受力，下沉。 3.比薩平原深層抽水，使水位下降相當(dāng)于大 面積加載。 天津市人民會堂辦公樓墻體開裂情況（天津市人民會堂辦公樓墻體開裂情況（1986年年7月攝月攝) 變形監(jiān)測的定義 變形監(jiān)測： 對監(jiān)視對象或物體(簡稱變形體)進(jìn)行測量，以確定 其空間位置隨時間的變化特征。 包括全球性、區(qū)域性、和工程的變形監(jiān)測。 變形： 變形體自身的形變 變形體的剛體位移。 變形

8、體自身的形變： 伸縮、錯動、彎曲和扭轉(zhuǎn)。 變形體的剛體位移: 整體平移、轉(zhuǎn)動、升降和傾斜。 二、變形監(jiān)測目的二、變形監(jiān)測目的 通過對變形體動態(tài)監(jiān)測，獲得精確觀測數(shù)據(jù)，對 監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析，達(dá)到以下目的： 對各種工程建筑物在施工或使用過程中的異常變形作 出預(yù)報，提供施工和管理方法，以便及時采取措施， 保證工程質(zhì)量和建筑物安全。 了解變形機(jī)理，驗(yàn)證工程設(shè)計理論和地殼運(yùn)動 假說。 對采用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝性能做出客觀 評價。 建立正確的監(jiān)測預(yù)報理論和方法。 三、變形監(jiān)測內(nèi)容三、變形監(jiān)測內(nèi)容 一、內(nèi)部監(jiān)測內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測 動力特性監(jiān)測 加速度監(jiān)測 二、外部監(jiān)測沉降監(jiān)測 位移監(jiān)測 傾斜監(jiān)測 裂縫監(jiān)

9、測 撓度監(jiān)測 靜態(tài)監(jiān)測 動態(tài)監(jiān)測 四、變形監(jiān)測特點(diǎn)四、變形監(jiān)測特點(diǎn) 2. 重復(fù)觀測：測量時間跨度大，觀測時間和重 復(fù)周期取決于觀測目的、變形量量大小和速 度。 3. 嚴(yán)密數(shù)據(jù)處理方法：數(shù)據(jù)量大，變形量小， 變形原因復(fù)雜。 4. 變形資料提供快和準(zhǔn)確。 1. 測量精度高：一般位置精度為1mm，相對精度 1ppm。 五、外部變形監(jiān)測基本方法五、外部變形監(jiān)測基本方法 1. 常規(guī)大地測量方法常規(guī)大地測量方法 幾何水準(zhǔn)測量 三角高程測量 三角（邊）測量，交會測量 導(dǎo)線測量 全站儀自動跟蹤測量 北京西客站沉降觀測北京西客站沉降觀測 沉降觀測基準(zhǔn)點(diǎn)沉降觀測基準(zhǔn)點(diǎn) 在 施 工 現(xiàn) 場 進(jìn) 行 沉 降 觀 測

10、沉 降 觀 測 現(xiàn) 場 橋沉降觀測橋沉降觀測 中央彩電發(fā)射塔傾斜與日照變形觀測中央彩電發(fā)射塔傾斜與日照變形觀測 雄偉的二灘水電站大壩雄偉的二灘水電站大壩 使用使用TCA2003A全站儀全站儀 對大壩變形自動觀測對大壩變形自動觀測 9.2 建筑物沉降觀測建筑物沉降觀測 一、概述一、概述 建筑物沉降是指建筑物及其基礎(chǔ)在垂直方向上的變形即垂 直位移，通過測定觀測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間高差隨 時間變化量。 被測建筑物： 高層建筑物 高層建筑物 深坑基 重要廠房柱基及主要設(shè)備基礎(chǔ) 高大構(gòu)筑物水塔、煙囪、高爐等 人工加固地基等 采用方法： 精密水準(zhǔn)測量 靜力水準(zhǔn)測量 二、沉降觀測監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)二、沉降觀測監(jiān)測網(wǎng)的布

11、設(shè) 沉降觀測監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)包括基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測點(diǎn) 1. 基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)：是沉降觀測的基準(zhǔn)，應(yīng)埋設(shè)在建筑物變形影響范 圍之外，距開挖邊線50m之外，按二、三等水準(zhǔn)點(diǎn)規(guī)格埋 石，個數(shù)不少于3個。 2. 觀測點(diǎn)觀測點(diǎn)：觀測點(diǎn)設(shè)立在變形體上，能反應(yīng)變形的特征點(diǎn) 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)觀測點(diǎn)埋設(shè)在鎖口架上，一般20m 埋設(shè)一個,在支 護(hù)的陽角處和距基坑很近的原建筑物應(yīng)加密觀測點(diǎn)。 建筑物在建筑物四角沿外墻間隔1015米處布設(shè)，在柱上每隔 23根柱設(shè)一個點(diǎn)。 圓形構(gòu)筑物在基礎(chǔ)軸線對稱部位設(shè)點(diǎn)，不少于四個點(diǎn)。 不同建筑物分界處：人工地基和天然地基接壤處，烈縫、伸縮縫 處，不同高度建筑交接處，新舊建筑物交接處。 3. 觀測點(diǎn)埋設(shè)

12、觀測點(diǎn)埋設(shè)： 三、精密水準(zhǔn)測量方法三、精密水準(zhǔn)測量方法 1. 觀測周期 （1）基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)在建筑物基坑開挖前布設(shè)，并與已知水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測。 （2）觀測點(diǎn)埋設(shè)穩(wěn)定后，應(yīng)與基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測兩次，作為沉降觀測數(shù) 據(jù)處理基礎(chǔ)。 （3）施工過程中 觀測周期 深基坑開挖時 12天 出現(xiàn)暴雨，管涌應(yīng)加密 澆筑地下室底扳后 34天 建筑物主體施工 12層 結(jié)構(gòu)封頂后 3個月 竣工投入使用 3個月 直至沿體穩(wěn)定 2. 觀測方法 儀器 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 觀測方法 限差 （mm） 精密水準(zhǔn)儀 二等水準(zhǔn)測量 閉合水準(zhǔn) 閉合差容許值 0.6 附合水準(zhǔn) 精度要求：一般建筑物能反映 2 mm 重要建筑物能反映 1 mm 精密工程 0.2 mm

13、垂直位移觀測 由水準(zhǔn)基點(diǎn)組成的水準(zhǔn)網(wǎng)稱為垂直位移監(jiān)測網(wǎng)， 它可布設(shè)成閉合環(huán)、結(jié)點(diǎn)或附合水準(zhǔn)路線等形式。 其精度等級及主要技術(shù)要求見表151。 等級 相鄰基準(zhǔn) 點(diǎn)高差中 誤差(mm) 每站高差 中誤差 (mm) 往返較差、 附合或環(huán)線 閉合差(mm) 檢測已測高 差較差(mm) 使用儀器、觀測方法及要求 一等0.30.070.150.2 DS0.5型儀器，視線長度15m，前 后視距差0.3m，視距累計差 1.5m，宜按國家一等水準(zhǔn)測量的 技術(shù)要求施測 二等0.50.130.300.5 DS0.5型儀器，宜按國家一等水準(zhǔn)測 量的技術(shù)要求施測 三等1.00.300.600.8 DS0.5或DS1型儀

14、器，宜按國家二等 水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測 四等2.00.701.402.0 DS0.5或DS1型儀器，宜按國家三等 水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測 3、成果整理、成果整理 1. 采用專用記錄手簿逐步檢查 2. 每次觀測當(dāng)日計算成果，分析成果。 3. 及時上報沉降結(jié)果 4. 繪制沉降曲線圖 5. 沉降觀測總結(jié)報告。 計算各觀測點(diǎn)高程 計算相鄰兩次觀測沉降量 計算累積沉降量 列列 表表 將各次觀測成果依時間先后列表，表154是一個沉降觀測的例子。表 中列出了每次觀測各點(diǎn)的高程H，與上一期相比較的沉降量s，累計的沉 降量s，荷載情況，平均沉降量及平均沉降速度等，在作變形分析時， 對這些信息可以一目了然。 表

15、表154 154 沉降觀測成果表沉降觀測成果表 工程名稱XX樓 儀器N3 No128544 觀測XXX 點(diǎn)號 首期成果 1995.3.4 第二期成果 1995.5.8 第三期成果 1995.7.2 備注 H0(m)H(m)S(mm)S(mm)H(m)S(mm)S(mm) 117.59517.5905517.58827 217.55517.5496617.54639 第二期觀測 為暴雨后 317.57117.5656617.56328 417.60417.6013317.60014 靜荷載P 3.0t/m24.5t/m28.1t/m2 平均沉降量 5.0mm2.0mm 平均沉降速度 0.078m

16、m/d0.037mm/d 作作 圖圖 為了更直觀地顯示所獲得的信息，可以將其繪制成圖。圖 1512是一個表示荷載、時間與沉降量的關(guān)系曲線圖。圖 中橫坐標(biāo)為時間T，可以十天或一月為單位，縱坐標(biāo)向下為 沉降量s，向上為荷載P。所以橫坐標(biāo)軸以下是隨著時間變 化的沉降量曲線，即sT曲線；橫坐標(biāo)軸以上則是荷載隨 時間而增加的曲線，即PT曲線。施工結(jié)束后，荷載不再 增加，則PT曲線逞水平直線。從這個圖上，可以清楚地 看出沉降量與荷載的關(guān)系及變化趨勢是漸趨穩(wěn)定。 建筑物傾斜測量建筑物傾斜測量 建筑物不均勻的水平位移高程建筑物 建筑物不均勻的沉降基礎(chǔ)傾斜 多層和高層建筑物基礎(chǔ)傾斜容許值多層和高層建筑物基礎(chǔ)傾斜

17、容許值 傾斜原因：傾斜原因： 建筑物高度（建筑物高度（m） 24246060100100 傾斜容許值（傾斜容許值（mm） 4321.5 高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的傾斜容許值高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的傾斜容許值 建筑物高建筑物高 度（度（m） 20205 0 5010 0 10015 0 15020 0 20025 0 傾斜容許傾斜容許 值（值（mm） 865432 二、房物建筑的傾斜觀測 直接利用經(jīng)緯儀投點(diǎn)法測量 H a i 三、塔式建筑物的傾斜測量 測定頂部中心相對于底部中心的偏心位移量 22 4321 : : 2 BA BB B AA A A H i RD A RD B aaaa BOAO 煙囪傾斜度： 方向傾斜

18、分量 方向傾斜分量 二、裂縫觀測 當(dāng)撓度過大建筑物會由于剪切破壞產(chǎn)生裂縫，這時除增 加沉降觀測次數(shù)，還應(yīng)進(jìn)行裂縫觀測。 混凝土大壩和土壩的裂縫觀測十分重要。對 于重要的裂縫，要埋設(shè)如圖7-18所示的觀測 標(biāo)志，進(jìn)行裂縫編號、確定裂縫位置、走向、 長度、寬度等。 一般用游標(biāo)卡尺定期地測定兩個標(biāo)志頭之間 距離的變化，確定裂縫的發(fā)展情況。觀測次 數(shù)與裂縫的部位、長度、寬度、形狀和變化 情況有關(guān)，應(yīng)與溫度、水位和其他監(jiān)測結(jié)合 進(jìn)行。 對于建筑預(yù)留縫和巖石裂縫，一般預(yù)埋內(nèi)部 測微計和外部測微計。測微計由金屬絲或銦 瓦絲與測表構(gòu)成，其精度可優(yōu)于0.01mm。 水平位移觀測 水平位移觀測的平面位置是依據(jù)水平

19、位移監(jiān)測網(wǎng)，或稱平面控制網(wǎng)。 根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)形式、已有設(shè)備和具體條件，可采用三角網(wǎng)、導(dǎo)線 網(wǎng)、邊角網(wǎng)、三邊網(wǎng)和視準(zhǔn)線等形式。在采用視準(zhǔn)線時，為能發(fā)現(xiàn)端 點(diǎn)是否產(chǎn)生位移，還應(yīng)在兩端分別建立檢核點(diǎn)。 為了方便，水平位移監(jiān)測網(wǎng)通常都采用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。例如大壩、橋 梁等往往以它的軸線方向作為x軸，而y坐標(biāo)的變化，即是它的側(cè)向位 移。為使各控制點(diǎn)的精度一致，都采用一次布網(wǎng)。 監(jiān)測網(wǎng)的精度，應(yīng)能滿足變形點(diǎn)觀測精度的要求。在設(shè)計監(jiān)測網(wǎng)時， 要根據(jù)變形點(diǎn)的觀測精度，預(yù)估對監(jiān)測網(wǎng)的精度要求，并選擇適宜的 觀測等級和方法。水平位移監(jiān)測網(wǎng)的等級和主要技術(shù)要求見表153。 水平位移觀測 表表15153 3 水平位移

20、監(jiān)測網(wǎng)的主要技術(shù)要求水平位移監(jiān)測網(wǎng)的主要技術(shù)要求 等級 相鄰基準(zhǔn) 點(diǎn)的點(diǎn)位 中誤差(mm) 平均邊長(m) 測角中誤 差() 最弱邊相對中 誤差 作業(yè)要求 一等1.5 3000.71/250 000按國家一等三角要求施測 1501.01/120 000按國家二等三角要求施測 二等3.0 3001.01/120 000按國家二等三角要求施測 1501.81/70 000按國家三等三角要求施測 三等6.0 3501.81/70 000按國家三等三角要求施測 2002.51/40 000按國家四等三角要求施測 四等12.04002.51/40 000按國家四等三角要求施測 水平位移觀測 測角前方交會

21、 后方交會 極坐標(biāo)法 導(dǎo)線法 視準(zhǔn)線法 引張線法 測角前方交會 在變形點(diǎn)上不便于架設(shè)儀器時， 多采用這種方法。如圖154所 示，A、B為平面基準(zhǔn)點(diǎn)，p為變 形點(diǎn)，由于A、B的坐標(biāo)為已知， 在觀測了水平角、后，即 可依下式求算p點(diǎn)的坐標(biāo)。 測角中誤差； D兩已知點(diǎn)間的距離； 206 265。 采用這種方法時，交會角宜在60 至120之間，以保證交會精度。 cotcot cotcot cotcot cotcot BABA p BABA p xxyy y yyxx x )(sin sinsin 2 22 Dm mp m 后方交會 如果變形點(diǎn)上可以架設(shè)儀器， 且與三個平面基準(zhǔn)點(diǎn)通視時， 可采用這種方法

22、。如圖155所 示，A、B、C為平面基準(zhǔn)點(diǎn)，p 為變形點(diǎn)，當(dāng)觀測了水平角、 后，即可依公式153計算p 點(diǎn)坐標(biāo)。 BpBBpBp BBpBp xKyyyy K Kba xxxx 2 1 cot)()( BABA yyxxa cot)()( BABA xxyyb cot)()( BCBC yyxxc cot)()( BCBC xxyyd db ca k 2 2222 )sin(sinsin bac aBCcAB p DDD DDDD m m 采用這種方法時，需注意p點(diǎn)不能與A、 B、C在同一圓周上，否則無定解。 極坐標(biāo)法 在光電測距儀出現(xiàn)以后，這種 方法用得比較廣泛，只要在變 形點(diǎn)上可以安置反光

23、鏡，且與 基準(zhǔn)點(diǎn)通視即可。如圖156所 示，A、B為基準(zhǔn)點(diǎn)，其坐標(biāo)已 知，p為變形點(diǎn)，當(dāng)測出及d 以后，即可據(jù)以求出p點(diǎn)的坐標(biāo)， 由于計算方法簡單，不再進(jìn)行 說明。 點(diǎn)位中誤差的估算公式為： 22 )(D m mm Dp 導(dǎo)線法 當(dāng)相鄰的變形點(diǎn)間可以通視，且在變形點(diǎn)上可以 安置儀器進(jìn)行測角、測距時，可采用這種方法。 通過各次觀測所得的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，便可得出 點(diǎn)位位移的大小和方向。這種方法多用于非直線 型建筑物的水平位移觀測，如對弧形拱壩和曲線 橋的水平位移觀測。 偏離水平基準(zhǔn)線的微距離測量準(zhǔn)直法 水平基準(zhǔn)線通常平行于被監(jiān)測物體（如大壩、 機(jī)器設(shè)備）的軸線。 偏離基準(zhǔn)線的垂直距離或到基準(zhǔn)線所構(gòu)

24、成的 垂直基準(zhǔn)面的偏離值稱偏距(或垂距)。 測量偏距的方法稱準(zhǔn)直（測量）法。 基準(zhǔn)線（或基準(zhǔn)面）可用光學(xué)法、光電法和 機(jī)械法產(chǎn)生。 視準(zhǔn)線法 這種方法適用于變形方向?yàn)橐阎木€形建 (構(gòu))筑物，是水壩、橋梁等常用的方法。 如圖157所示，視準(zhǔn)線的兩個端點(diǎn)A、B 為基準(zhǔn)點(diǎn)，變形點(diǎn)1、2、3等布設(shè)在AB 的連線上，其偏差不宜超過2cm。變形點(diǎn) 相對于視準(zhǔn)線偏移量的變化，即是建(構(gòu)) 筑物在垂直于視準(zhǔn)點(diǎn)方向上的位移。量 測偏移量的設(shè)備為活動覘牌，其構(gòu)造如 圖158所示。覘牌圖案可以左右移動， 移動量可在刻劃上讀出。當(dāng)圖案中心與 豎軸中心重合時，其讀數(shù)應(yīng)為零，這一 位置稱為零位。 觀測時在視準(zhǔn)線的一端架

25、設(shè)經(jīng)緯儀，照準(zhǔn) 另一端的觀測標(biāo)志，這時的視線稱為視 準(zhǔn)線。將活動覘牌安置在變形點(diǎn)上，左 右移動覘牌的圖案，直至圖案中心位于 視準(zhǔn)線上，這時的讀數(shù)即為變形點(diǎn)相對 視準(zhǔn)線的偏移量。不同周期所得偏移量 的變化，即為其變形值。與此法類似的 還有激光準(zhǔn)直法，就是用激光光束代替 經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)線。 引張線法 引張線法的工作原理與視準(zhǔn)線法類似，但要求在無風(fēng)及沒有干擾的條 件下工作，所以在大壩廊道里進(jìn)行水平位移觀測采用較多。所不同的， 是在兩個端點(diǎn)間引張一根直徑為0.8mm至lmm的鋼絲，以代替視準(zhǔn)線。 采用這種方法的兩個端點(diǎn)應(yīng)基本等高，上面要安置控制引張線位置的 V形槽及施加拉力的設(shè)備。中間各變形點(diǎn)與端點(diǎn)基本

26、等高，在上面與 引張線垂直的方向上水平安置刻劃尺；以讀出引張線在刻劃尺上的讀 數(shù)。不同周期觀測時尺上讀數(shù)的變化，即為變形點(diǎn)與引張線垂直方向 上的位移值。 撓度曲線和傾斜測量 定義： 相對于水平或鉛垂基準(zhǔn)線的彎曲線稱撓度曲線。 曲線上某點(diǎn)到基準(zhǔn)線的距離稱為撓度。 撓度曲線及其隨時間的變化可通過傾斜測量或正、 倒垂線法獲得。例如，確定建筑物在垂直平面內(nèi)不 同高程面上的點(diǎn)相對于底點(diǎn)的水平位移稱撓度曲線 測量。對于高層建筑物，基礎(chǔ)不均勻沉陷將導(dǎo)致建 筑物傾斜，建筑物的撓度也可通過觀測不同高度處 的傾斜值換算得到。兩點(diǎn)之間的傾斜也可采用測量 高差（或水平位移）和兩點(diǎn)間距離，通過計算間接 獲得。 傾斜觀測

27、 一些高聳建(構(gòu))筑物，如電視塔、煙囪、高橋墩、 高層樓房等，往往會發(fā)生傾斜。傾斜度用頂部的水 平位移值K與高度h之比表示，即 一般傾斜度用測定的K及h求算，如果確信建筑物是剛 性的，也可以通過測定基礎(chǔ)不同部位的高程變化來 間接求算。 高度h可用懸吊鋼尺測出， 也可用三角高程法測 出。 頂部點(diǎn)的水平位移值，可用前方交會及建立垂準(zhǔn)線 的方法測出。 前方交會法 采用前方交會法時，例如對高層樓房的墻角觀測， 則高處觀測點(diǎn)與其理論位置的坐標(biāo)差x、y，即 為在x,y方向上的位移值，其最大位移方向上的位移 值為 h K i 22 yxK 前方交會法 像煙囪等圓錐形中空構(gòu)筑物，應(yīng)測定其幾 何中心的水平位移，

28、這種情況可采用圖 159所示的方法進(jìn)行。A、B為兩觀測站， 離煙囪的距離應(yīng)不小于煙囪高度的兩倍， 并使Ap、Bp方向大致垂直。經(jīng)緯儀先在A點(diǎn) 觀測煙囪底部和頂部相切兩方向的值，取 平均值得a、a即為通過煙囪底部和頂部 中心的方向值。同樣再在B點(diǎn)觀測，得b、 b。若aa，bb，則表示煙囪的上 下中心不在同一鉛垂線上，即煙囪有傾斜。 計算出a= a-a，b= b-b，并從A、 B分別沿Ap、Bp方向量出到煙囪外皮的距離 DA、DB，則可按下式計算出垂直于Ap、Bp 方向的偏移量eA、eB： )( )( RD b e RD a e BB AA 前方交會法 式中R為煙囪底部的半徑，可量出底部的周長后求

29、 得。煙囪總的偏移量e為： 根據(jù)a、b的正負(fù)號，還可以按下式計算出偏 移的方向： 為以Ap為0按順時針方向計量的方位角。 22 BA eee B A e e arctan 垂準(zhǔn)線法(鉛直法) 垂準(zhǔn)線的建立，可以利用懸吊垂球， 也可以利用鉛垂儀(或稱垂準(zhǔn)儀)。 利用垂球時，是在高處的某點(diǎn)，如墻 角、建筑物的幾何中心處懸掛垂球， 垂球線的長度應(yīng)使垂球尖端剛剛不與 底部接觸，用尺子量出垂球尖至高處 該點(diǎn)在底部的理論投影位置的距離， 即為高處該點(diǎn)的水平位移值。 鉛垂儀的構(gòu)造如圖1510所示，當(dāng)儀 器整平后，即形成一條鉛垂視線。如 果在目鏡處加裝一個激光器，則形成 一條鉛垂的可見光束，稱為激光鉛垂 線。

30、觀測時，在低部安置儀器，而在 頂部量取相應(yīng)點(diǎn)的偏移距離。 機(jī)械法 機(jī)械法(正、倒垂線法 )： 1）正垂線法：用正垂線裝置測量偏距的一種方法。 正垂線裝置由懸線、固定與活動夾線裝置、觀測墩、 垂線、重錘、油箱等組成。重錘在下面，固定夾線 裝置在上面，是懸掛垂線的支點(diǎn)（可與工作基點(diǎn)相 聯(lián)系），活動夾線裝置由多點(diǎn)夾線法的觀測支點(diǎn)構(gòu) 成，支點(diǎn)設(shè)在不同的高程面上，垂線是一種高強(qiáng)度 且不生銹的金屬絲（一般直徑為12.5mm），重 錘是使垂線保持鉛垂?fàn)顟B(tài)的重物，重量為 20kg200kg。油箱的作用是不使重錘旋轉(zhuǎn)或擺動， 保持重錘穩(wěn)定。圖7-14為正垂線裝置圖。 2）倒垂線法：用倒垂線裝置測量偏距的一種方法

31、。 倒垂線裝置的重錘（稱倒錘）在上面，利用鉆孔將 垂線（直徑0.81.0mm的不銹鋼絲）一端錨埋到基 巖中，提供在基巖下的基準(zhǔn)點(diǎn)，垂線另一端與浮體 葙相連，倒錘在浮力的作用下拉緊垂線，形成鉛直 基準(zhǔn)線。圖7-15為倒垂線裝置圖。 正、倒垂線常常成對布設(shè)，且與工作基點(diǎn)相對應(yīng)， 利用安置在工作基點(diǎn)觀測墩上的垂線坐標(biāo)儀（圖7- 16）可測定工作基點(diǎn)相對于倒垂線的兩個坐標(biāo)值 （x、y），求得工作基點(diǎn)的位移值。垂線觀測多采 用自動讀數(shù)設(shè)備，如遙測垂線坐標(biāo)儀，分辨率達(dá) 0.01mm。另外，還有自動視覺系統(tǒng)AVS （Automated Vision System），它通過CCD自動 拍攝垂線的影像確定垂線位

32、置的變化，分辨率可達(dá) 3m。 撓度觀測 所謂撓度，是指建(構(gòu))筑物或其構(gòu)件在水平方向或豎直方向上的彎曲 值。例如橋的梁部在中間會產(chǎn)生向下彎曲，高聳建筑物會產(chǎn)生側(cè)向彎 曲。 圖15一11是對梁進(jìn)行撓度觀測的例子。在梁的兩端及中部設(shè)置三個變 形觀測點(diǎn)A、B及C，定期對這三個點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測，即可依下式計算 各期相對于首期的撓度值： )()( AC BA A ABe ss LL L ssF 觀測點(diǎn)間的距離； 觀測點(diǎn)的沉降量。 BA LL 、 CBA sss、 撓度觀測 沉降觀測的方法可用水準(zhǔn)測量，如果由于結(jié)構(gòu)或其他原因，無法采用 水準(zhǔn)測量時，也可采用三角高程的方法。 橋梁在動荷載(如列車行駛在橋上)作

33、用下會產(chǎn)生彈性撓度，即列車通 過后，立即恢復(fù)原狀，這就要求在撓度最大時測定其變形值。為能測 得其瞬時值，可在地面架設(shè)測距儀，用三角高程法觀測，也可利用近 景攝影測量法測定。 對高聳建(構(gòu))筑物豎直方向的撓度觀測，是測定在不同高度上的幾何 中心或棱邊等特殊點(diǎn)相對于底部幾何中心或相應(yīng)點(diǎn)的水平位移，并將 這些點(diǎn)在其扭曲方向的鉛垂面上的投影繪成曲線，就是撓度曲線。水 平位移的觀測方法，可采用測角前方交會法、極坐標(biāo)法或垂線法。 攝影測量方法 特點(diǎn)： (1) 不接觸監(jiān)測。 (2) 外業(yè)工作量小，觀測時間短，快速，很多點(diǎn) (3) 信息量大，利用率高，利用種類多； (4) 儀器費(fèi)用較高，數(shù)據(jù)處理對軟硬件的要求

34、較 高。 GPS和合成孔徑雷達(dá)干涉測量 第十二第十二章章 變形觀測數(shù)據(jù)處理變形觀測數(shù)據(jù)處理 變形觀測數(shù)據(jù)處理包括整理、整編觀測資料， 計算測點(diǎn)坐標(biāo)和變形量，及分析變形的顯著性、規(guī) 律及成因等。變形觀測數(shù)據(jù)處理是變形測量中非常 重要的一部分，它可以直接影響變形測量工作的結(jié) 論及對所測量變形的理解。 觀測資料的整理、整編工作主要是: 對觀測記錄進(jìn)行核校，檢查是否有記錄或計算錯誤； 數(shù)據(jù)存檔及存入數(shù)據(jù)庫； 繪制相應(yīng)的圖表（如測站分布圖、變形過程線、建 筑物變形圖等）。 變形觀測的成果處理 變形觀測的外業(yè)工作結(jié)束后，應(yīng)及時對觀測手簿進(jìn)行整理和檢查。如 有錯誤或誤差超限，須找出原因，及時進(jìn)行補(bǔ)測。 由于

35、觀測變形點(diǎn)的依據(jù)是監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)，首要的是監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)必須穩(wěn)定可靠。 為能判定其是否穩(wěn)定，也要定期進(jìn)行復(fù)測。如果各個點(diǎn)每次結(jié)果的平 差值的較差在要求的范圍內(nèi)，則認(rèn)為它是穩(wěn)定的，如果某點(diǎn)的較差超 限，則說明該點(diǎn)產(chǎn)生了變形。根據(jù)該點(diǎn)觀測的變形點(diǎn)，其結(jié)果應(yīng)考慮 該點(diǎn)變形的影響。 變形量的計算，是以首期觀測的成果作為基礎(chǔ)，即變形量是相對于首 期的結(jié)果而言的，所以要特別注意首期觀測的質(zhì)量。 變形觀測的目的是從多次觀測的成果中，發(fā)現(xiàn)變形的規(guī)律和大小，進(jìn) 而分析變形的性質(zhì)和原因，以便采取措施。所以成果的表現(xiàn)形式應(yīng)直 觀、清晰，通常采用以下形式： 列列 表表 作作 圖圖 列列 表表 將各次觀測成果依時間先后列表，表15

36、4是一個沉降觀測的例子。表中列出 了每次觀測各點(diǎn)的高程H，與上一期相比較的沉降量s，累計的沉降量s，荷 載情況，平均沉降量及平均沉降速度等，在作變形分析時，對這些信息可以 一目了然。 表表154 154 沉降觀測成果表沉降觀測成果表 工程名稱XX樓 儀器N3 No128544 觀測XXX 點(diǎn)號 首期成果 1995.3.4 第二期成果 1995.5.8 第三期成果 1995.7.2 備注 H0(m)H(m)S(mm)S(mm)H(m)S(mm) S(mm) 117.59517.5905517.58827 217.55517.5496617.54639 第二期觀測 為暴雨后 317.57117.5

37、656617.56328 417.60417.6013317.60014 靜荷載P 3.0t/m24.5t/m28.1t/m2 平均沉降量 5.0mm2.0mm 平均沉降速度 0.078mm/d0.037mm/d 作作 圖圖 為了更直觀地顯示所獲得的信息，可以將其繪制成圖。圖1512是一個表示 荷載、時間與沉降量的關(guān)系曲線圖。圖中橫坐標(biāo)為時間T，可以十天或一月為 單位，縱坐標(biāo)向下為沉降量s，向上為荷載P。所以橫坐標(biāo)軸以下是隨著時間 變化的沉降量曲線，即sT曲線；橫坐標(biāo)軸以上則是荷載隨時間而增加的曲 線，即PT曲線。施工結(jié)束后，荷載不再增加，則PT曲線逞水平直線。從 這個圖上，可以清楚地看出沉降

38、量與荷載的關(guān)系及變化趨勢是漸趨穩(wěn)定。 作作 圖圖 根據(jù)同樣方法，也可繪出其他變形與外界因素的關(guān)系曲線。 根據(jù)上述的各種信息，結(jié)合有關(guān)的專業(yè)知識，即可對變形的原因，趨 勢等進(jìn)行幾何的和物理的分析，為工程措施提供依據(jù)。 需要指出的是，一般認(rèn)為穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)，也不可能完全沒有變形，所 謂穩(wěn)定，只是相對而言。即當(dāng)變形是對變形點(diǎn)的觀測沒有實(shí)際影響時， 就視為是穩(wěn)定的。 變形觀測數(shù)據(jù)處理： 1.監(jiān)測網(wǎng)的周期觀測數(shù)據(jù)處理 2.各監(jiān)測點(diǎn)上的監(jiān)測數(shù)據(jù)處理 3.變形分析 4.變形預(yù)報 變形分析： 幾何分析。確定變形量的大小、方向及其變 化，即變形體形態(tài)的動態(tài)變化。 物理解釋。確定引起變形的原因、確定變形 的模式，從

39、本質(zhì)上認(rèn)識變形。 12.1.1 基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性分析與統(tǒng)計檢驗(yàn) 變形觀測網(wǎng)中有些點(diǎn)在兩次觀測之間保持穩(wěn)定，而有些點(diǎn)則處 于一定的運(yùn)動狀態(tài)。雖然有時可以根據(jù)工程與地質(zhì)信息 對某些點(diǎn)的穩(wěn)定性做出判斷，但這些判斷往往是不準(zhǔn)確 的。因此，在變形測量時有必要對觀測網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行 一定周期的重復(fù)觀測，以計算它們的位移，再輔以統(tǒng)計 檢驗(yàn)的方法判斷其穩(wěn)定性。 本節(jié)介紹變形監(jiān)測網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性分析與檢驗(yàn)的一些常用方法。 用“變形分析通用法”（Generalized Deformation Analysis） 鑒別不穩(wěn)定基準(zhǔn)點(diǎn) 此方法又稱為“逐次定權(quán)迭代法”或“穩(wěn)健法”。令和為測量 平差得到的基準(zhǔn)點(diǎn)兩次觀測間的位移向量

40、及其協(xié)因數(shù)矩 陣。和隨測量網(wǎng)所選用的參考基準(zhǔn)而變化。這里假定測 量平差時使用“內(nèi)制約”（inner constraint）或“最少 制約”（minimum constraint）的方法定義測量網(wǎng)的基 準(zhǔn)。 二、Hannover方法 這個方法主要由Hannover大學(xué)的HPelzer 和 WNiemeir 提出。方法的基本思想是， 先進(jìn)行兩周期圖形一致性檢驗(yàn)（或叫“整 體檢驗(yàn)”），如果檢驗(yàn)通過，則所有基準(zhǔn) 點(diǎn)是穩(wěn)定的。否則，則有不穩(wěn)定的點(diǎn)存在。 尋找不穩(wěn)定點(diǎn)的方法是“嘗試法”，依次 去掉每一點(diǎn)，計算圖形不一致性減少的程 度，使圖形不一致性減少最大的那一點(diǎn)是 不穩(wěn)定的點(diǎn)，排除不穩(wěn)定點(diǎn)后再重復(fù)上述 過程，直到圖形一致性檢驗(yàn)通過為止。 Bonn方法 這個方法主要由KRKoch 提出。和Hannover 方法一樣，先進(jìn)行兩期觀測間圖形一致性檢驗(yàn)， 當(dāng)檢驗(yàn)失敗后，也是用“嘗試法”鑒別不穩(wěn)定 的點(diǎn)。但是鑒別的方法不一樣，先從“內(nèi)制約” 法平差所得的位移和其置信區(qū)間（如橢球或橢 圓），找出定義參考系所需要的最少個數(shù)的 “穩(wěn)定”點(diǎn)（位移和置信區(qū)間相比最小者）， 用它們定義參考系，得出新的位移向量。再從 余下的點(diǎn)中