測定建筑物及其地基在建筑物本身的荷載或受外力作用下

1、測定建筑 物及其地基在 建筑物本身的荷載或受外力作用下， 一定時間段內(nèi)所 產(chǎn)生的變形量及其數(shù)據(jù)的分析和處理工作。內(nèi)容包括沉降、傾斜、位移、撓曲、 風(fēng)振等變形觀測項目。 其目的是監(jiān)視 建筑 物在施工過程中和竣工后， 投入使用中 的安全情況；驗證地質(zhì)勘察資料和設(shè)計數(shù)據(jù)的可 * 程度；研究變形的原因和規(guī)律， 以改進設(shè)計理論和施工方法。建筑 物地基和基礎(chǔ)變形觀測 內(nèi)容主要有：基坑回彈測量 在基坑開挖前、 中、后期，測出事先埋設(shè)在基底面上的觀測 點，由于基坑開挖引起的高程變化。 開挖前和開挖后兩次的高程差為基坑的總回 彈量。地基分層沉降測量 測出埋設(shè)在不同土層上的觀測點因荷載增加而引起的 高程變化，以求

2、得各土層的沉降量和受壓層的最大深度。建筑物的沉降測量 測出建筑物或基礎(chǔ)上的觀測點， 因時間推移或因地基發(fā) 生變化所引起的高程差異，比較不同周期的觀測值即得沉降量。以上內(nèi)容都屬于以垂直位移為主的變形觀測，其方法是首先按建筑 場地地形、地質(zhì)條件和對變形觀測的精度要求，合理布設(shè)變形控制網(wǎng)點 （ 見工程控制測 量）。在 建筑物附近比較穩(wěn)固的位置埋設(shè)工作基點，直接用以測定 建筑物上的觀 測點的位移，盡可能在變形影響以外的穩(wěn)固位置埋設(shè)基準(zhǔn)點（檢查點） ，用以檢 核工作基點本身的穩(wěn)固性 （見地面沉降和水平位移觀測 ） 。工作基點與基準(zhǔn)點一般 都組成網(wǎng)形， 用精密水準(zhǔn)測量的方法來施測和檢驗。 高程變化值的測定

3、通常采用 精密水準(zhǔn)方法，也可用液體靜力水準(zhǔn)儀、氣泡傾斜儀、電子水準(zhǔn)器等進行測量。建筑 物上部變形觀測 內(nèi)容主要有：傾斜觀測 測定建筑 物頂部由于地基有差異沉降或受外力作用而產(chǎn)生的垂 直偏差。通常在頂部和墻基設(shè)置觀測點， 定期觀測其相對位移值， 也可直接觀測 頂部中心點相對于底部中心點的位移值，然后推算 建筑 物的傾斜度。位移觀測 測定建筑 物因受側(cè)向荷載的影響而產(chǎn)生的水平位移量， 觀測點的 建立視工程情況和位移的方向而定。裂縫觀測 測出建筑 物因基礎(chǔ)有局部不均勻沉降而使墻體出現(xiàn)的裂縫。 一般 在裂縫兩側(cè)設(shè)置觀測標(biāo)志， 定期觀測其位置變化， 以取得裂縫的大小和走向等資 料。撓度觀測 測定建筑物受

4、力后產(chǎn)生的撓曲程度。 一般測定設(shè)置在 建筑 物垂直 面內(nèi)不同高度觀測點相對于底點的水平位移值。擺動和轉(zhuǎn)動觀測 測定高層 建筑 物和高聳構(gòu)筑物在風(fēng)振、地震、日照等外 力作用下的擺動量和扭曲程度。上述內(nèi)容多屬于以水平位移為主的變形觀測， 其方法除在穩(wěn)定地區(qū)建立變形 控制網(wǎng)，檢驗工作基點或基準(zhǔn)點的穩(wěn)固性外， 通常使用測角前方交會法、 經(jīng)緯儀 投影法、觀測水平角法、 激光準(zhǔn)直法和垂線觀測法等， 來定期測定觀測點的位置 變化。對于特定方向的水平位移， 還可用視準(zhǔn)線法和引張線法進行觀測。 近年來， 開始應(yīng)用的近景攝影測量方法，對于測定地基基礎(chǔ)與 建筑物沉降、 建筑物傾斜、 測求裂縫參數(shù)、模型變形狀態(tài)參數(shù)，

5、 以及建筑機械構(gòu)件變形的檢驗等方面都有一 定的效果。 近景攝影測量通常使用攝影經(jīng)緯儀、 普通攝影機或高速攝影機， 按正 直、等偏、交向等攝影方式， 可在一定時間段或瞬間連續(xù)記錄 建筑 物和試驗?zāi)Ｐ?的大量點位變形信息。 并使用立體坐標(biāo)量測儀、 電子計算機、 精密立體測圖儀或 解析測圖儀， 按解析法或模擬解析法， 測定觀測點隨時間所產(chǎn)生的二維或三維相 對變形量。所攝得的像片，作為檔案資料還可在其他任何時候進行檢核量測。變形觀測的數(shù)據(jù)處理與分析首先，將觀測成果進行初步整理，再以時間或荷載為橫坐標(biāo)，以累計變形量為縱坐標(biāo)，繪制各種變形過程線，以便初步了解變 形的幅度、趨勢和建筑物的安全情況。其次，要對

6、觀測資料進行歸納和分析。通 常采用回歸分析的方法，先選擇合適的擬合方法，再按最小二乘法與統(tǒng)計檢驗的 原理求得回歸方程，從而找出變形的規(guī)律性。由此方程即可根據(jù)各個自變量來推 求所需因變量（即變形值），以推算、預(yù)報今后的變形情況，研究應(yīng)采取的措施。 對于基準(zhǔn)點、工作基點和觀測點穩(wěn)固性的檢驗， 在有固定的起算點時，用統(tǒng)計檢 驗的方法，根據(jù)定期重復(fù)觀測的結(jié)果，用最小二乘法計算各點的離差矢量，進行F （兩個正態(tài)母體的方差是否相等）檢驗，以判斷水準(zhǔn)點高程的變化是由于水準(zhǔn) 點的升降還是由于觀測的誤差所引起。 在沒有固定的起算點時，采用秩虧自由網(wǎng) 平差方法計算各點的位移值，根據(jù)定期重復(fù)觀測成果，判斷其穩(wěn)定性。

7、隨著高大建筑的增多和古 建筑的維修，變形觀測工作愈來愈受到人們的重 視。變形控制網(wǎng)的布設(shè)，已在研究應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計的理論和方法； 觀測方法除了沿 用一些行之有效的傳統(tǒng)觀測儀器和方法外， 將逐步應(yīng)用全能激光測量儀、自動垂 直儀、電子測斜儀、位移攝影探索器等光電、電子儀器和攝影測量技術(shù)，使測量 過程日趨自動化；觀測數(shù)據(jù)的處理，已廣泛應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的方法來檢驗點位的穩(wěn) 定性，由單一變量統(tǒng)計分析發(fā)展到多變量動態(tài)的定性定量統(tǒng)計分析，對建筑物的安全將提供更可*的預(yù)測與預(yù)報。歐洲滑坡監(jiān)測與預(yù)測技術(shù)近年來，滑坡監(jiān)測受到了各國研究人員的重視，特別是對監(jiān)測技術(shù)和預(yù)測模型開展了大量研究。本文介紹意大利等歐洲七個國家聯(lián)合承

8、擔(dān)的專項課題歐洲滑坡災(zāi)害評價與治理新技術(shù)”的部分成果。供國內(nèi)同行借鑒。一、用纖維一一玻璃質(zhì)鉆孔伸長儀監(jiān)測滑坡為了更好地理解滑坡誘發(fā)因素與運動力學(xué)之間的復(fù)雜關(guān)系，需要連續(xù)記錄滑坡變 形，而測量運動速率相對快的滑坡變形往往有許多條件限制，例如：人力、財力、設(shè)備的耐用性及假定條件等。為此，近年來，西班牙和意大利的研究人員對連續(xù) 測量的設(shè)備進行了開發(fā)和改進，其中之一便是伸長儀。伸長儀造價低廉，在記錄 變形速率突變上非常有用而廣泛應(yīng)用于滑坡監(jiān)測中。以往滑坡監(jiān)測大都用鋼絲伸 長儀。Angeli等人改用纖維-玻璃質(zhì)伸長儀成功地對亞得利亞海沿岸意大利中部 安科納港南數(shù)公里處的Sirolo滑坡進行了監(jiān)測。纖維一

9、圍巖穩(wěn)定的隧道襯砌中。它的精度可達百分之幾毫米，對檢測細微位移很 有效；而且它的使用壽命長（約 10年），保證了研究的連續(xù)性和可靠性。用纖 維-玻璃質(zhì)伸長儀監(jiān)測滑坡尚屬首次。Sirolo滑坡位于泥灰?guī)r陡坡頂部，由厚層及巨厚層泥已壹昂嘀駛已夜鉤桑八鋇夭悖 憬俏?030o。為監(jiān)測裂隙巖體可能產(chǎn)生的差異運動，1990年以來，實施了大量水平或垂直鉆 孔，用于安裝土工儀器，在部分水平鉆孔中安裝了多個不同長度（20m，40m，60m，80m ）的纖維一玻璃質(zhì)伸長儀。伸長儀截面為矩形（3mmc 5mm ），桿用剛性套保護，固定在不同深度，上部 尖端伸出地面并裝上手動百分度比長儀。同時還安裝了一個雨量計和多個

10、壓力與 位移傳感器，它們都與自動數(shù)據(jù)記錄儀相連接，并進行了高精度大地測量。 研究所收集到的數(shù)據(jù)幫助得出了第一個滑坡形成機制的假說， 而且證實了近水平 面上的巨型塊體滑動， 而地下水位變動被證實與同期滑坡活動相對應(yīng)， 據(jù)此采取 了相應(yīng)的補救措施，并取得了良好的效果。二、用全球定位系統(tǒng)（ GPS ）監(jiān)測滑坡1簡介GPS 是一種應(yīng)用范圍廣泛的無線電導(dǎo)航、 定時及定位系統(tǒng)。 通過跟蹤 GPS 衛(wèi)星 連續(xù)不斷地傳送到全球的電磁波，系統(tǒng)可獲取天線位置（經(jīng)度、緯度、高程及三 維坐標(biāo)）。最近 10 年來， GPS 已廣泛用于大地測量與地質(zhì)調(diào)查中，來校正和完 成傳統(tǒng)勘測方法。最近幾年里，已開發(fā)出一些高效率、高精

11、度的新方法，如：快 速靜態(tài)（FS）和定時動態(tài)（RTK）法。用 GPS 監(jiān)測變形的方法是：以坐標(biāo)、距離或角度為基礎(chǔ)，新值與初始坐標(biāo)之差 反映目標(biāo)的運動。其優(yōu)點是同樣精度下， GPS 作用范圍大、效率高，可全天候 觀測，且兩測站間不要求通視。2 用 GPS 監(jiān)測 Vallcebre 滑坡西班牙的 J.A.Gili 等有關(guān)專家自 1994 年開始對位于比利牛斯山脈東部， 巴塞羅 那北 140km 處的 Vallcebre 滑坡進行了初步測試，所用儀器為 GP-R1 型 Topcon大地測量接收機，觀測了 8001500m 長的5條基線（靜態(tài)法，記錄 間隔20s，每次記錄450min ）,并用 Wil

12、d DIOR 3002S 進行了 EDM復(fù)測， 結(jié)果非常理想。1995年12月至1998年2月進行了完整的EDM及GPS測量， 所用設(shè)備為 400SSi 型 Trimble GPS 全站儀，它帶有 2 臺雙頻接收機，天線及 輔助設(shè)備如內(nèi)存貯器、數(shù)據(jù)傳輸裝置及軟件，所進行的 14 次聯(lián)測中，共完成 GPS 定位 300 個點，對所得數(shù)據(jù)進行處理后，得出整個滑坡位移平均速率為 100800a，某些地方高達130mm/月，GPS測量精度在水平方向上為 12 16mm ，垂直方向為 18 24mm 。三、基于GIS的邊坡水文穩(wěn)定性模型與大氣環(huán)流模型（GCM ）相結(jié)合預(yù)測氣候 變化對邊坡穩(wěn)定性的影響在許

13、多情況下， 影響地下水與孔隙水壓力升降的氣候因素可引起邊坡失穩(wěn)， 從而 誘發(fā)滑坡。 溫室效應(yīng)造成的全球變暖， 尤其是降水型式及氣壓變化將對未來滑坡 活動產(chǎn)生影響。為此，荷蘭、德國、意大利、英國等國的研究人員以氣候變化態(tài) 勢生成的大氣環(huán)流模型（CGM ）為基礎(chǔ)，結(jié)合邊坡穩(wěn)定性模型，利用GIS技術(shù)， 開展了預(yù)測氣候變化對邊坡影響的研究。這里需要說明的是大氣環(huán)流模型雖可成功地模擬大范圍的大氣狀態(tài)， 但 GCM 氣 候數(shù)據(jù)中固有的局限一一低分辨率（約250kmx 250km ） ”使之無法直接應(yīng)用 于邊坡模型中， 必須利用統(tǒng)計學(xué)縮尺技術(shù)， 縮小為局部比例尺后才可應(yīng)用： 在滑 坡研究中， GCM 模擬的

14、空氣壓力可作為大比例尺參數(shù)來使用，以得出局部降雨 參數(shù)。然后將降雨參數(shù)作為邊坡水文模型的輸入?yún)?shù)，這樣就可提供輸出參數(shù) 邊坡地下水成孔隙水壓力數(shù)據(jù)組。 通過這些輸出參數(shù)并用邊坡穩(wěn)定模型進行 滑坡反演分析所推導(dǎo)的臨界地下水條件， 得出邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。 下面以英格蘭東 南部某一滑坡活動相對頻繁的地區(qū)中常見的滑坡類型的典例“RoughS'陡坡為例加以說明。 開發(fā)一個成層的一維水文模型來估算整個陡坡平均水位深度所對應(yīng)的降雨及 氣溫。 劃分小集水區(qū)并計算地形測量因子 logn （a/tans ） 進行數(shù)字界面模擬并歸 納出穿過陡坡的平均水位。 將坡度 DEM 格網(wǎng)及水位高度分布模型用于無限邊坡模型來分析穩(wěn)定系數(shù)。 用 GIS 對陡坡每個邊坡單元進行不穩(wěn)定性分析。 結(jié)果表明降雨量增加與土壤中水分損失總量增加相一致，大型滑坡的頻率無變 化，不過增加了淺層土溫度，可能導(dǎo)致其后 80 年里小滑坡頻率增加。 注意事項 在進行監(jiān)測前，必須全面了解滑坡的地質(zhì)狀況，并進行必要的土工試驗。 在安裝監(jiān)測儀器時，選點非常重要；在監(jiān)測過程中，選擇樣品的數(shù)據(jù)采集 參數(shù)和頻率