變形監(jiān)測(cè)方法及方案設(shè)計(jì)

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

2.變形觀測(cè)方案的設(shè)計(jì).[教學(xué)方法]：講授第一章、變形監(jiān)測(cè)§1.1變形監(jiān)測(cè)技術(shù)一、變形監(jiān)測(cè)的定義及意義變形監(jiān)測(cè)是對(duì)被監(jiān)視的對(duì)象（變形體）進(jìn)行測(cè)量以確定其空間位置隨時(shí)間的變化特征。為變形分析和預(yù)報(bào)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(duì)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(jī)、油罐與貯礦倉(cāng)、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(cè)意義：對(duì)于工程建筑物：為改善建筑物理參數(shù)、地基強(qiáng)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(jī)械技術(shù)設(shè)備：保證設(shè)備安全、可靠、高效地運(yùn)行，為改善產(chǎn)品質(zhì)量和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù).滑坡：通過(guò)監(jiān)測(cè)其隨時(shí)間變化過(guò)程，可進(jìn)一步研究引起滑坡的成因，預(yù)報(bào)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(xiǎn)性變形的發(fā)生，同時(shí)可改進(jìn)變形預(yù)報(bào)模型。地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)。二、變形觀測(cè)方法（一）常規(guī)的大地測(cè)量方法指用常規(guī)的經(jīng)典或現(xiàn)代的大地測(cè)量?jī)x器測(cè)量方向、角度、邊長(zhǎng)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(zhǔn)儀、電子經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、測(cè)距儀、全站儀、GPS等.特點(diǎn)：

1.能提供變形體整體的變形狀態(tài)；

2.觀測(cè)量通過(guò)組網(wǎng)線可進(jìn)行測(cè)量成果的校核和精度的評(píng)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(diǎn)：外業(yè)工作量大，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，不易實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)和測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化.

沉降：幾何水準(zhǔn)測(cè)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(cè)小角法②活動(dòng)覘牌法③控制線法④激光經(jīng)緯儀準(zhǔn)直和波帶板激光準(zhǔn)直法

激光點(diǎn)光源、波帶板裝置、光電探測(cè)器⑤引張線法

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

特點(diǎn)：①測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單

②容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀測(cè)和連續(xù)觀測(cè)

③提供的是局部的變形信息1、沉降測(cè)量：液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量法

①

②當(dāng)液面高度發(fā)生變化時(shí)，浮子帶著鐵心升降，由于鐵心相對(duì)于電感線圈的上下移動(dòng)，使線圈上的電感發(fā)生變化，用導(dǎo)線連接到離觀測(cè)點(diǎn)一定距離的觀測(cè)室內(nèi)，再用專門的電橋?qū)㈦姼辛康淖兓妷鹤兓?，遙測(cè)儀器通過(guò)量測(cè)電壓的變化，便知鐵心的升降量，亦即為容器液面高度的變化量。2、應(yīng)變測(cè)量：設(shè)兩點(diǎn)間距離為,第二周期測(cè)量時(shí)距離變化了

那么為兩點(diǎn)間平均線應(yīng)變.當(dāng)與變形

體尺寸比很小時(shí)，則看成為點(diǎn)應(yīng)變.測(cè)有機(jī)械法：用因瓦絲、石英棒等作為長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn).長(zhǎng)

度的變化用機(jī)械—電子傳感器測(cè)量；

精度：幾十個(gè)微米

干涉法：激光干涉法可測(cè)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(shí)質(zhì)為——導(dǎo)體（金屬條或很窄的箔條）做法：埋設(shè)在變形體中，由于變形體中的應(yīng)

變使得導(dǎo)體伸長(zhǎng)或縮短，從而改變了

導(dǎo)體的電阻.電阻變化用電橋測(cè)量，通

過(guò)測(cè)量電阻的變化就可以計(jì)算應(yīng)變.測(cè)距離變化求應(yīng)變應(yīng)變傳感器3、準(zhǔn)直測(cè)量：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(qiáng)，直接準(zhǔn)直如：激光經(jīng)緯儀準(zhǔn)直激光準(zhǔn)直單色性好，衍射準(zhǔn)直如：波帶極激光準(zhǔn)直尼龍絲準(zhǔn)直：尼龍絲直徑0.3mm，施加1.5kg拉力系統(tǒng)包括：尼龍絲拉緊裝置和一個(gè)對(duì)中的讀數(shù)顯微鏡原理：如果逐次觀測(cè)三個(gè)點(diǎn)的偏離值，每次推進(jìn)一個(gè)點(diǎn)，兩個(gè)點(diǎn)重疊起連接作用，這樣可按連接支導(dǎo)線計(jì)算導(dǎo)線各中間點(diǎn)相對(duì)于閉合邊的偏離值。尼龍繩準(zhǔn)直測(cè)量的精度分析連接支導(dǎo)線中點(diǎn)（最弱點(diǎn)）的準(zhǔn)直精度可用下式估算：尼龍繩準(zhǔn)直的精度受①觀測(cè)儀器誤差②讀數(shù)誤差影響③氣流的影響鋼絲準(zhǔn)直：引張線，直徑1mm，10~50kg拉力拉緊鋼絲.

裝置：端點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)，鋼絲和保護(hù)管.

設(shè)置浮托裝置

三測(cè)回觀測(cè)平均值精度：0.1~0.3mm垂直測(cè)量： 光學(xué)垂準(zhǔn)儀

激光鉛直儀：可用于測(cè)定高層建筑物的擺動(dòng).

機(jī)械法垂直準(zhǔn)直：正垂

倒垂：還可用作變形觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)。偏離值可通過(guò)垂線坐標(biāo)儀測(cè)得。傾斜：電子傾斜儀1.擺式傾斜儀利用可變電感的原理制成的，具有：①靈敏度高 ②讀數(shù)方便 ③調(diào)整范圍寬2.氣泡式傾斜儀我國(guó)制造的氣泡式傾斜儀

2°

觀測(cè)范圍1°

如應(yīng)用于設(shè)備基礎(chǔ)平臺(tái)的傾斜觀測(cè)。3.差動(dòng)電容式電子水準(zhǔn)器工作原理：當(dāng)玻璃管水準(zhǔn)器傾斜時(shí)，氣泡向旁邊偏離x，使C1C2中介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，引起橋路兩臂的電抗發(fā)生變化，因而橋路失去平衡，可用測(cè)量裝置將其記錄下來(lái)。這種電子水準(zhǔn)器可固定地安置在建筑物或設(shè)備的適當(dāng)位置，就能自動(dòng)地進(jìn)行傾斜觀測(cè)。適用于作動(dòng)態(tài)觀測(cè)，形成差動(dòng)電容裝置

高頻交流電壓C1C2構(gòu)成橋路兩臂Z1Z2為阻抗R載為負(fù)載電阻（三）攝影測(cè)量方法1.應(yīng)用：

地面攝影測(cè)量方法越來(lái)越廣泛用于大型工程建筑物的變形觀測(cè)。

大型的工程建筑物：混凝土大壩、檔土墻、高層建筑物等?？罩袛z影測(cè)量也有用于較大范圍的地面變形測(cè)量。

如：測(cè)定由于地下采礦而引起的地表移動(dòng).

由于火山噴發(fā)而致的環(huán)境變化

……2.優(yōu)點(diǎn)：

①可同時(shí)測(cè)定變形體的任何變形

②提供完全和瞬時(shí)的三維空間信息

③大量減少野外的測(cè)量工作量

④可以不需要接觸被測(cè)物體

⑤有了攝影底片，可以觀測(cè)到變形體以前的狀態(tài)。3.原理：有基于固定攝站得時(shí)間基線法：測(cè)二維變形

有立體攝影測(cè)量方法：測(cè)三維變形固定攝站的時(shí)間基線法原理：原理：精度：參考點(diǎn)使用：設(shè)內(nèi)外方位元素不變，第2次

攝影時(shí)像點(diǎn)坐標(biāo)為x’，z’；內(nèi)外方位元素變化，像點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)得為設(shè)n個(gè)控制點(diǎn)列誤差方程可解算系數(shù)地面立體攝影測(cè)量的解析處理方法有：1.空間前方交會(huì)法2.空間后交—前交法3.嚴(yán)密解法4.直接線性變換法左像片右像片坐標(biāo)辰儀量跑測(cè)的碼坐標(biāo)葡值像片朝坐標(biāo)像方斬空間貿(mào)坐標(biāo)當(dāng)DLT系數(shù)溉已知榮：對(duì)背一個(gè)閑時(shí)X列4個(gè)誤差虛方程可洞解出三瞇維坐標(biāo)當(dāng)DLT系數(shù)未沉知：需波布至少6個(gè)控科制點(diǎn)認(rèn)，X解算數(shù)出DLT系數(shù)再逮求XX坐標(biāo).§1.狀2變形監(jiān)職測(cè)方案變形監(jiān)廳測(cè)方案果的制定編影響到陳：觀測(cè)甜的成本成果證的精線度和跪可靠畜性變形監(jiān)匹測(cè)方案儉的制定歐包括以貍下幾個(gè)伸方面：①變飛形觀雪測(cè)的福精度②變姿形觀憑測(cè)的仁周期③變逃形觀治測(cè)的尾內(nèi)容④變形翅觀測(cè)的非方法（佩監(jiān)測(cè)網(wǎng)斑布置、趴觀測(cè)點(diǎn)鉤布置…剖…）⑤變形圓觀測(cè)的著成本一、變長(zhǎng)形觀測(cè)貪的精度寫確定典型精蜘度1m擔(dān)m或相下對(duì)精妹度為10-6，制定變缸形觀測(cè)鼓的精度斑取決于章變形的敢大小、疤速率、炸儀器和方法所尿能達(dá)到翼的實(shí)際眾精度，炎以及觀篇測(cè)目的嚇等。一般舞：變形賊目的態(tài)是安水全監(jiān)測(cè)：觀測(cè)竭誤差<(1幼/10窄~1/罷20)允許變產(chǎn)形值變形目難的是研絡(luò)究變形桐過(guò)程：等以最高就的精度洲進(jìn)行變呢形觀測(cè)如：某津建筑物值為框架兇結(jié)構(gòu)，云基礎(chǔ)土魔層為高滲壓縮土豈，相鄰宰兩沉降觀桶測(cè)點(diǎn)跡的距膀離，兩點(diǎn)鐘差異沉松降量的復(fù)允許值谷為δ=0斤.0歇03郊l=稱0.賣00仔3×8=2縱4mm兩點(diǎn)桶差異蒸沉降速量的領(lǐng)觀測(cè)吊中誤百差取網(wǎng)為m差異=1/筐10δ=2.孫4mm差異沉廁降量是項(xiàng)兩次高干差之差抽，而高施差又是暴兩點(diǎn)高口程之差戰(zhàn)，則任張一測(cè)點(diǎn)勁高程中閑誤差為又如：輛某建筑不物高24惑m，允豈許傾本斜值冊(cè)為：神δ=0.企004升Hg=喝96m顯m設(shè)傾浙斜是內(nèi)平移氣和沉旗降共帖同作酒用，婦影響虹相等亡，則皂允許蒜的平側(cè)移值濫為則：也和墾不同爽的建筋筑物前及建斃筑物鐘的結(jié)池構(gòu)、盒部位殊等有煙關(guān)。一般并：對(duì)梨于有辭連續(xù)弊生產(chǎn)然線的懲大型途車間吊（鋼囑結(jié)構(gòu)翠，鋼亡筋混猜凝土針結(jié)構(gòu)激的建叫筑物搏）m沉陷=2m朽mm高程H=1m句m特種工德程設(shè)備m=0朱.1m桐m二、觀酒測(cè)的周期觀測(cè)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(yùn)營(yíng)期間12105125~103~5大壩淹的要易求列剪于下臣表：定量：一般當(dāng)窄時(shí)，必認(rèn)為是夸有變形鍬，否則元為誤差灑反映。定性?。号c屬荷載完增加艙、地做基土獵質(zhì)、炕沉降姜變形甩速度頁(yè)、變伍形值縣大小等有千關(guān)。一般城：施識(shí)工中艘，頻晶率要室大一冷些，幟一般籠三天炭，七夜天，償半月格?？⒐こ纪懂a(chǎn)掠：頻百率要濟(jì)小一喊些，持一般敢一個(gè)維月、拿兩個(gè)館月、三個(gè)月必、半年沙、一年悼等。觀測(cè)點(diǎn)怎穩(wěn)定后祝，荷載擴(kuò)增加25％，每溪增加15％，………視…第1年4次，第2年2次，以丑后每年1次。變形種類水庫(kù)蓄水前水庫(kù)蓄水水庫(kù)蓄水后2~3年正常運(yùn)營(yíng)沉

陷混凝土壩

相對(duì)水平位移

絕對(duì)水平位移土石壩

沉陷、水平位移1個(gè)月半個(gè)月0.5~1個(gè)月1季度1個(gè)月1周1季度1個(gè)月3~6個(gè)月半個(gè)月1季度1季度半年1個(gè)月6~12個(gè)月半年大壩決變形幼觀測(cè)紡周期芒：三、變時(shí)形觀測(cè)南的內(nèi)容根據(jù)拘不同按類建敢筑物魄及建岸筑物搞的不濁同部山位，啟甲方伙、乙濱方綜僻合商怕定。四、斧變形旨觀測(cè)綁的方渠法前面逆所講嚷的變仇形監(jiān)寨測(cè)技迎術(shù)，陰都是米根據(jù)倒控制秧點(diǎn)直術(shù)接測(cè)甲定變芒形的號(hào)方法皇，在超所有于的方你法中猾，都相首先漠要進(jìn)課行變獻(xiàn)形監(jiān)嘉測(cè)控挑制網(wǎng)固的布矛設(shè)，蘭然后誼才能唱以此彎為基把礎(chǔ)測(cè)懸定變擊形值?？刂凭W(wǎng)墾布設(shè)：基準(zhǔn)泊點(diǎn)—里—工訊作基使點(diǎn)—淘—觀干測(cè)點(diǎn)徹（目總標(biāo)點(diǎn)最）①布置塑原則：遠(yuǎn)離或歡深埋近，有戒變形建筑幅物上說(shuō)，反狹應(yīng)建眼筑物其變形②標(biāo)傅志構(gòu)誤造形甘式：如：地材表巖石瓦標(biāo)考慮凍通土鉚釘深埋關(guān)雙金執(zhí)屬標(biāo)平峒巖管石標(biāo)爆擴(kuò)紀(jì)樁古樹醬根……③監(jiān)璃測(cè)網(wǎng)犧坐標(biāo)候系和姻基準(zhǔn)嶄的選棄擇：大地斯坐標(biāo)回系統(tǒng)占：當(dāng)壁變形澇體的怒范圍皇較大施且形名狀不適規(guī)則重時(shí)，典可選用該系柴統(tǒng)好處穩(wěn)：已作知系淋統(tǒng)的良?xì)w化艘和投胸影改歉正公鈔式監(jiān)測(cè)網(wǎng)但也可得源到檢查確定：肢將監(jiān)測(cè)挪網(wǎng)與已息有的大燥地網(wǎng)連陵測(cè)或?qū)⒒未蟮乜仄髦凭W(wǎng)點(diǎn)桌直接作為參帆考點(diǎn)劍的方往法即竟可確喬定一二三準(zhǔn)幻玉網(wǎng)秩虧數(shù)分犬別為1、3、6（測(cè)邊撲時(shí)）↓↓1個(gè)已甜知點(diǎn)2個(gè)已知棵點(diǎn)基于監(jiān)培測(cè)體的耽坐標(biāo)系裂統(tǒng)：適泳用于那訂些具有腫明顯結(jié)孤構(gòu)性特售征的變撲形體坐標(biāo)醬軸與丙監(jiān)測(cè)對(duì)體的你主軸獻(xiàn)線重濫合、侮平行促或垂妖直。這時(shí)目太標(biāo)點(diǎn)的租變形剛引好在某度一坐標(biāo)篩方向上衛(wèi)。注意※絲式關(guān)鍵：1.一旦熱選定疤了固丸定基盜準(zhǔn)，盤該基哥準(zhǔn)在絞整個(gè)喪變形嗎監(jiān)測(cè)矛時(shí)期耳都應(yīng)保持唯不變奮。2.每一菌周期窯的觀