建筑物的變形測(cè)量

建筑物的變形測(cè)量1第1頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三

工程建筑物的裂縫觀測(cè)的內(nèi)容主要包括裂縫編號(hào)、裂縫的位置、走向、長(zhǎng)度、寬度等，對(duì)于重要的裂縫要埋設(shè)觀測(cè)標(biāo)志，見(jiàn)下圖。在觀測(cè)裂縫時(shí)一般應(yīng)同時(shí)觀測(cè)建筑材料的溫度、氣溫、水溫、水位等因素?！?0-6裂縫與位移觀測(cè)

小裂縫觀測(cè)：可用裂縫觀測(cè)儀觀測(cè)

大裂縫的觀測(cè)：

裂縫表面的寬度，可用鋼尺在縫口測(cè)量。對(duì)表面裂縫寬度的變化，宜采用在縫兩邊設(shè)簡(jiǎn)易測(cè)點(diǎn)，測(cè)量測(cè)點(diǎn)的距離來(lái)確定。裂縫寬度應(yīng)精確到0.2mm。一、裂縫觀測(cè)2第2頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三

裂縫寬度觀測(cè)

裂縫長(zhǎng)度觀測(cè)3第3頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三

二、水平位移觀測(cè)

水平位移觀測(cè)的平面位置是依據(jù)水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)，或稱(chēng)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(shí)，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(cè)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(cè)網(wǎng)的精度，應(yīng)能滿足變形點(diǎn)觀測(cè)精度的要求。在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)時(shí)，要根據(jù)變形點(diǎn)的觀測(cè)精度，預(yù)估對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的精度要求，并選擇適宜的觀測(cè)等級(jí)和方法。水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的等級(jí)和主要技術(shù)要求見(jiàn)表15—3。4第4頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三

水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的主要技術(shù)要求按國(guó)家四等三角要求施測(cè)≤1/400002.5＜40012.0四等按國(guó)家四等三角要求施測(cè)≤1/400002.5＜200按國(guó)家三等三角要求施測(cè)≤1/700001.8＜3506.0三等按國(guó)家三等三角要求施測(cè)≤1/700001.8＜150按國(guó)家二等三角要求施測(cè)≤1/1200001.0＜3003.0二等按國(guó)家二等三角要求施測(cè)≤1/1200001.0＜150按國(guó)家一等三角要求施測(cè)≤1/2500000.7＜3001.5一等作業(yè)要求最弱邊相對(duì)中誤差測(cè)角中誤差(″)平均邊長(zhǎng)(m)相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差(mm)等級(jí)5第5頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三

基準(zhǔn)線法視準(zhǔn)線、引張線、激光準(zhǔn)直

——多用在直線型建（構(gòu)）筑物（如大壩、大橋）平面位移觀測(cè)。

前方交會(huì)法（直線、曲線均可）

導(dǎo)線法水平位移觀測(cè)常用方法：6第6頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三1、基準(zhǔn)線法1）經(jīng)緯儀視準(zhǔn)線法、激光視準(zhǔn)線法。視準(zhǔn)軸標(biāo)尺讀取尺上讀數(shù)大壩定期觀測(cè)各點(diǎn)，將每次的讀數(shù)與上一次比較即可得位移量。7第7頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三2）引張線法測(cè)水平位移以大壩為例觀測(cè)原理如圖所示，引張線法是在壩頂或廊道兩端的基巖上澆筑固定端點(diǎn)，在兩固定端點(diǎn)間拉緊一根不銹鋼絲作為基準(zhǔn)線，然后定期測(cè)量壩體上各位移標(biāo)點(diǎn)對(duì)此基準(zhǔn)線偏離值的變化情況從而計(jì)算水平位移量，若端點(diǎn)設(shè)于壩體上，則應(yīng)與倒垂線相連接，借以測(cè)定端點(diǎn)的位移量，進(jìn)一步推算位移標(biāo)點(diǎn)的位移量。8第8頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三

觀測(cè)設(shè)備引張線設(shè)備主要由測(cè)線、端點(diǎn)裝置和位移觀測(cè)點(diǎn)組成。（1）測(cè)線。一般采用0.8一1.2mm的不銹鋼絲，為了防風(fēng)及保護(hù)測(cè)線，通常用塑料管或鐵管把測(cè)線套在管內(nèi)。（2）端點(diǎn)裝置。端點(diǎn)裝置由混凝土基座、夾線裝置、滑輪和重錘等組成。夾線裝置的作用是使測(cè)線始終處于同一位置，安置時(shí)使測(cè)線通過(guò)滑輪拉緊后，通過(guò)V形槽的夾線裝置。

9第9頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三觀測(cè)方法由于引張線是與兩端的固定端點(diǎn)相連接，其位置可認(rèn)為不變，而位移觀測(cè)點(diǎn)是埋在壩體上，隨壩體變形而位移，因此定期測(cè)定鋼絲在測(cè)點(diǎn)標(biāo)尺上的讀數(shù)變化，即可算出該點(diǎn)在垂直壩軸線方向的水平位移值。（3）位移觀測(cè)點(diǎn)。位移觀測(cè)點(diǎn)與浮托裝置結(jié)合在一起。在該處的壩體上埋有一只金屬箱，箱內(nèi)設(shè)有水箱，水上有支承鋼絲的浮托器，在垂直于鋼絲方向的槽鋼上，設(shè)有毫米分劃的標(biāo)尺用以讀數(shù)。10第10頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三引張線讀數(shù)

觀測(cè)鋼絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)的方法很多，現(xiàn)介紹讀數(shù)顯微鏡法。該法是利用由刻有測(cè)微分劃線的讀數(shù)顯微鏡進(jìn)行的，測(cè)微分劃線最小刻劃為0.1mm，可估讀到0.01mm。由于通過(guò)顯微鏡后鋼絲與標(biāo)尺分劃線的像都變得很粗大，所以采用測(cè)微分劃線讀數(shù)時(shí)，應(yīng)采用讀兩個(gè)讀數(shù)取平均值的方法。

右圖b給出了觀測(cè)情況與讀數(shù)顯微鏡中的成像情形。鋼絲左邊緣讀數(shù)為a＝72.30mm，鋼絲右邊緣讀數(shù)為b＝73.40mm，故該觀測(cè)值結(jié)果為11第11頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三2）測(cè)小角法

觀測(cè)原理

測(cè)小角法是視準(zhǔn)線法測(cè)定水平位移的常用方法。測(cè)小角法是利用精密經(jīng)緯儀精確地測(cè)出基準(zhǔn)線與置鏡點(diǎn)到觀測(cè)點(diǎn)（Pi）視線之間所夾的微小角度βi按下式計(jì)算偏離值：12第12頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三誤差分析

由于視準(zhǔn)線法觀測(cè)中采用了強(qiáng)制對(duì)中設(shè)備，所以其主要誤差來(lái)源是儀器照準(zhǔn)覘牌時(shí)的照準(zhǔn)誤差。

測(cè)小角法對(duì)于距離的觀測(cè)精度要求不高，一般取相對(duì)精度為1/2000即可滿足要求。所以在測(cè)小角法中，邊長(zhǎng)只需丈量一次，并且在以后各周期觀測(cè)中，此值可以認(rèn)為不變。

對(duì)于照準(zhǔn)誤差，從實(shí)際觀測(cè)來(lái)看，影響照準(zhǔn)誤差的因素很多，其主要誤差為照準(zhǔn)誤差，故有：

式中mv為照準(zhǔn)誤差，若取肉眼的視力臨界為60″則照準(zhǔn)誤差為：

式中v為望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)。

13第13頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三測(cè)小角法測(cè)量小角度的精度要求可按下式估算。由式,對(duì)βi

全微分得：

【例1】設(shè)某觀測(cè)點(diǎn)到端點(diǎn)（置鏡點(diǎn)）距離為100m，若要求測(cè)定偏離值的精度為±0.3mm，試問(wèn)用測(cè)小角度法觀測(cè)時(shí)，測(cè)量小角度的精度應(yīng)為多少？解：將已知數(shù)值代入公式，可求得：【例2】續(xù)例1，若設(shè)當(dāng)采用望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)為40倍的DJ1型精密經(jīng)緯儀觀測(cè)時(shí)，小角度至少應(yīng)觀測(cè)幾個(gè)測(cè)回？14第14頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三通過(guò)定期觀測(cè)a、b角，計(jì)算出P點(diǎn)的坐標(biāo)，然后與前次進(jìn)行比較，即得位移量。需要上交的資料有觀測(cè)成果表、平面位移矢量圖。2、前方交會(huì)法交會(huì)角不能過(guò)小或過(guò)大基點(diǎn)A基點(diǎn)BP基點(diǎn)基點(diǎn)觀測(cè)點(diǎn)ab15第15頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三房屋平面位移觀測(cè)1）前方交會(huì)法測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)2）全站儀直接測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)16第16頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三3、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(cè)角、測(cè)距時(shí)，可采用這種方法。通過(guò)各次觀測(cè)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(cè)，如對(duì)弧形拱壩和曲線橋的水平位移觀測(cè)。

17第17頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三§10-7撓度觀測(cè)

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(huì)產(chǎn)生向下彎曲，高聳建筑物會(huì)產(chǎn)生側(cè)向彎曲。如下圖是對(duì)梁進(jìn)行撓度觀測(cè)的例子。在梁的兩端及中部設(shè)置三個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)A、B及C，定期對(duì)這三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測(cè)，即可依下式計(jì)算各期相對(duì)于首期的撓度值：

——觀測(cè)點(diǎn)間的距離；

——觀測(cè)點(diǎn)的沉降量。18第18頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三沉降量可用水準(zhǔn)測(cè)量方法觀測(cè)，如果由于結(jié)構(gòu)或其他原因，無(wú)法采用水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，也可采用三角高程的方法。橋梁在動(dòng)荷載(如列車(chē)行駛在橋上)作用下會(huì)產(chǎn)生彈性撓度，即列車(chē)通過(guò)后，立即恢復(fù)原狀，這就要求在撓度最大時(shí)測(cè)定其變形值。為能測(cè)得其瞬時(shí)值，可在地面架設(shè)測(cè)距儀，用三角高程法觀測(cè)，也可利用近景攝影測(cè)量法測(cè)定。對(duì)高聳建(構(gòu))筑物豎直方向的撓度觀測(cè)，是測(cè)定在不同高度上的幾何中心或棱邊等特殊點(diǎn)相對(duì)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(cè)方法，可采用測(cè)角前方交會(huì)法、極坐標(biāo)法或垂線法。

19第19頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三§10-8變形觀測(cè)的成果整理

一、概述

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)獲取資料、整理分析，指導(dǎo)工程安全使用和發(fā)揮工程效益。觀測(cè)資料整理分析主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：1、觀測(cè)資料的整理和整編（編制成圖表和說(shuō)明、便于應(yīng)用）①校對(duì)各項(xiàng)原始記錄，檢查各次變形觀測(cè)值難的計(jì)算是否有錯(cuò)誤；②對(duì)各種變形值按時(shí)間逐點(diǎn)填寫(xiě)觀測(cè)數(shù)值表；③繪制各種變形過(guò)程線、建筑物變形分布圖。20第20頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三2、觀測(cè)資料的分析

分析歸納建筑物變形過(guò)程、變形規(guī)律、變形幅度；分析變形的原因，變形值與引起變形因素之間的關(guān)系，找出它們之間的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而判斷建筑物的工作情況。在積累了大量的觀測(cè)資料后又可以進(jìn)一步找出建筑物變形的內(nèi)在原因和規(guī)律，從而修正設(shè)計(jì)的理論以及所采用的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。具體工作如下：

①成因分析（定性分析）：對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)本身（內(nèi)因）與作用在結(jié)構(gòu)物上的荷載（外因）以及觀測(cè)本身，加以分析、考慮、確定變形值變化的原因和規(guī)律性。21第21頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三

③變形預(yù)報(bào)和安全判斷：在成因分析和統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，可根據(jù)求得的變形值與引起變形因素之間的函數(shù)關(guān)系，預(yù)報(bào)未來(lái)變形值的范圍和判斷建筑物的安全程度。

②統(tǒng)計(jì)分析：根據(jù)成因分析，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從中尋找規(guī)律，并導(dǎo)出變形值與引起變形因素之間的函數(shù)關(guān)系。22第22頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三二、觀測(cè)資料的整編

主要內(nèi)容是將變形觀測(cè)值繪制成各種便于分析的圖表。

（一）觀測(cè)點(diǎn)變形過(guò)程線

某觀測(cè)點(diǎn)的變形過(guò)程線是以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以累積變形值（沉陷、位移、傾斜、撓度等）為縱坐標(biāo)繪制成曲線。觀測(cè)點(diǎn)的變形過(guò)程線可明顯地反映出變形的趨勢(shì)、規(guī)律和幅度。這對(duì)于初步判斷建筑物的工作情況是否正常是非常有用的。23第23頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三下圖為某大壩各種變形過(guò)程線的實(shí)例24第24頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三（二）建筑物變形分布圖

1、變形值剖面分布圖。該圖是根據(jù)某剖面上各觀測(cè)點(diǎn)的變形值繪制而成。

下圖為拱壩壩頂水平面上的變形情況：25第25頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三下圖是三個(gè)不同高程的水平面上的沉陷情況：26第26頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三

下圖是根據(jù)某壩豎直剖面上各觀測(cè)點(diǎn)的水平位移繪制的，它反映了建筑物的撓曲情況。27第27頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三

2、建筑物（或基礎(chǔ)）沉陷等值線下圖為某土壩的沉陷等值線圖：28第28頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三右圖為某高層建筑物基礎(chǔ)沉陷等值圖。29第29頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三三、觀測(cè)值的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及其成因分析

根據(jù)實(shí)測(cè)變形值整編的各種表格和圖形，顯示了變形的趨勢(shì)、規(guī)律和幅度。如可變形過(guò)程線圖上看出建筑物年周期變形規(guī)律、變形趨勢(shì)，由近似正弦曲線可看出建筑物的變形是一個(gè)彈性變形。

對(duì)建筑物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀測(cè)初步掌握其變形規(guī)律后，可以繪制觀測(cè)點(diǎn)的變形范圍圖。30第30頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三引起大壩變形原因分析：

1、靜水壓力

靜水壓力引起的變形，有四種可能的情況：①在靜水壓力作用下，由于壩體不同高度處不同的水平推力的作用，使壩體產(chǎn)生撓曲變形b。②由于水庫(kù)水壓及壩底揚(yáng)壓力的作用，使壩體產(chǎn)生向下游轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的變形r。

重力壩在下游水深作用下產(chǎn)生浮托力，在上下游水位差作用下，產(chǎn)生滲透水壓力，滲透水壓力及浮托力之和稱(chēng)為揚(yáng)壓力。31第31頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三

③由于水庫(kù)水體的重力作用使庫(kù)底變形，引起壩基向上游轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的變形u。④由于剪應(yīng)力對(duì)壩底接觸帶的作用，在靜水壓力作用下產(chǎn)生的滑動(dòng)s（對(duì)大壩威脅性較大）。32第32頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三2、壩體的溫度變化33第33頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三3、時(shí)效變化

時(shí)效變化是由于建筑材料的變形以及基礎(chǔ)巖層在荷載作用下引起的變形所產(chǎn)生的。它的特點(diǎn)是施工期與運(yùn)營(yíng)初期比較大，隨著時(shí)間的推移而漸趨穩(wěn)定。時(shí)效變化為不可逆變形。

根據(jù)我國(guó)水壩觀測(cè)資料分析可知，對(duì)于壩頂?shù)奈灰?，溫度影響往往比水位影響大。壩頂沉陷的主要因素是溫度和水位的變化。?duì)于壩基來(lái)說(shuō)，庫(kù)水位變化是垂直位移和傾斜變形的主要因素，而溫度影響可以忽略。34第34頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三四、一元線性回歸分析

下面結(jié)合一個(gè)實(shí)例來(lái)具體說(shuō)明一元線性回歸分析的內(nèi)容與步驟。

下頁(yè)表為某混凝土壩壩基沉陷的觀測(cè)值及其響應(yīng)的庫(kù)水位。

1、繪制壩基沉陷與庫(kù)水位散點(diǎn)圖今以x軸表示庫(kù)水位，以y軸表示沉陷量，繪制壩基沉陷與庫(kù)水位散點(diǎn)圖。（如右圖所示）35第35頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三36第36頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三

由右圖可以認(rèn)為這些散點(diǎn)的分布可用一條直線y=a+bx來(lái)代替。

由于因變量y與自變量x關(guān)系的不確定性，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)可以寫(xiě)成：

為了由觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算a、b的最佳估值，采用最小二乘原理來(lái)計(jì)算估值，為此組成：2、求線性方程的表達(dá)式37第37頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三

在［vv］最小的要求下由上式對(duì)a、b求微分，整理后得：經(jīng)變換后得：

式中，n為觀測(cè)值個(gè)數(shù)。代入觀測(cè)數(shù)據(jù)即可求得：38第38頁(yè)，共43頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)22分，星期三用求因變量yi的估值需加改正值：則因變量估值的中誤差為：

當(dāng)用回歸直線預(yù)報(bào)未來(lái)變形值時(shí)，通常在回歸直線兩側(cè)根據(jù)2S值畫(huà)兩條平行線（圖中虛線）。這兩條平行線以?xún)?nèi)的范圍即為未來(lái)變形值允許出現(xiàn)的區(qū)間。3、求因變量估值的中誤差39第