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：通過監(jiān)測(cè)其隨時(shí)間變化過程，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)生生變化時(shí)，浮子子帶著鐵心升降降，由于鐵心相相對(duì)于電感線圈圈的上下移動(dòng)，，使線圈上的電電感發(fā)生變化，，用導(dǎo)線連接到到離觀測(cè)點(diǎn)一定定距離的觀測(cè)室室內(nèi)，再用專門門的電橋?qū)㈦姼懈辛康淖兓婋妷鹤兓b測(cè)測(cè)儀器通過量測(cè)測(cè)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(cè)量：設(shè)設(shè)兩點(diǎn)間距離為為,第二周期測(cè)量時(shí)時(shí)距離變化了那么為為兩點(diǎn)點(diǎn)間平均線應(yīng)變變.當(dāng)與變形體尺寸比很小時(shí)時(shí)，則看看成為點(diǎn)應(yīng)變.測(cè)有機(jī)械法：用因瓦絲、石石英棒等作為長(zhǎng)長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn).長(zhǎng)度的變化用機(jī)械械—電子傳感器測(cè)量量；精度：幾十個(gè)微微米干涉法：激光干涉法可可測(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)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(zhǎng)長(zhǎng)或縮短，從而而改變了導(dǎo)體的電阻.電阻變化用電橋橋測(cè)量，通過測(cè)量電阻的變變化就可以計(jì)算算應(yīng)變.測(cè)距離變化求應(yīng)應(yīng)變應(yīng)變傳感器3、準(zhǔn)直測(cè)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(qiáng)，直接接準(zhǔn)直如：：激光經(jīng)緯儀準(zhǔn)準(zhǔn)直激光準(zhǔn)直單色性好，衍射射準(zhǔn)直如：：波帶極激光準(zhǔn)準(zhǔn)直尼龍絲準(zhǔn)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(gè)對(duì)中的讀讀數(shù)顯微鏡原理：如果逐次觀測(cè)三三個(gè)點(diǎn)的偏離值值，每次推進(jìn)一一個(gè)點(diǎn)，兩個(gè)點(diǎn)點(diǎn)重疊起連接作作用，這樣可按按連接支導(dǎo)線計(jì)計(jì)算導(dǎo)線各中間間點(diǎn)相對(duì)于閉合合邊的偏離值。。尼龍繩準(zhǔn)直測(cè)量量的精度分析連接支導(dǎo)線中點(diǎn)點(diǎn)（最弱點(diǎn)）的的準(zhǔn)直精度可用用下式估算：尼龍繩準(zhǔn)直的精精度受①觀測(cè)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(zhǔn)直：引張張線，直徑1mm，10~50kg拉力拉緊鋼絲.裝置：端點(diǎn)，觀觀測(cè)點(diǎn)，鋼絲和和保護(hù)管.設(shè)置浮托裝置三測(cè)回觀測(cè)平均均值精度：0.1~0.3mm垂直測(cè)量：光學(xué)垂準(zhǔn)儀激光鉛直儀：可可用于測(cè)定高層層建筑物的擺動(dòng)動(dòng).機(jī)械法垂直準(zhǔn)直直：正垂倒垂：：還可可用作作變形形觀測(cè)測(cè)的基基準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)。偏離值值可通通過垂垂線坐坐標(biāo)儀儀測(cè)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(guó)制制造的的氣泡泡式傾傾斜儀儀2°觀測(cè)范范圍1°如應(yīng)用用于設(shè)設(shè)備基基礎(chǔ)平平臺(tái)的的傾斜斜觀測(cè)測(cè)。3.差動(dòng)電電容式式電子子水準(zhǔn)準(zhǔn)器工作原原理：：當(dāng)玻玻璃管管水準(zhǔn)準(zhǔn)器傾傾斜時(shí)時(shí)，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(cè)測(cè)量裝裝置將將其記記錄下下來。。這種種電子子水準(zhǔn)準(zhǔn)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(dāng)位位置，，就能能自動(dòng)動(dòng)地進(jìn)進(jìn)行傾傾斜觀觀測(cè)。。適用用于作作動(dòng)態(tài)態(tài)觀測(cè)測(cè)，形成差差動(dòng)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(fù)載載電阻阻（三））攝影影測(cè)量量方法法1.應(yīng)用：：地面攝攝影測(cè)測(cè)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(cè)測(cè)。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(cè)測(cè)量也也有用用于較較大范范圍的的地面面變形形測(cè)量量。如：測(cè)測(cè)定由由于地地下采采礦而而引起起的地地表移移動(dòng).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(diǎn)：：①可同同時(shí)測(cè)測(cè)定變變形體體的任任何變變形②提供供完全全和瞬瞬時(shí)的的三維維空間間信息息③大量量減少少野外外的測(cè)測(cè)量工工作量量④可以以不需需要接接觸被被測(cè)物物體⑤有了了攝影影底片片，可可以觀觀測(cè)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(shí)間間基線線法：：測(cè)測(cè)二維維變形形有立體體攝影影測(cè)量量方法法：測(cè)測(cè)三維維變形形固定攝攝站的的時(shí)間間基線線法原原理：：原理：：精度：參考點(diǎn)點(diǎn)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(shí)像點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)為x’，z’；內(nèi)外方位元元素變化，，像點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)測(cè)得為設(shè)n個(gè)控制點(diǎn)列列誤差方程程可解算系數(shù)數(shù)地面立體攝攝影測(cè)量的的解析處理理方法有：：1.空間前方交交會(huì)法2.空間后交—前交法3.嚴(yán)密解法4.直接線性變變換法左像片右像片坐標(biāo)儀量測(cè)測(cè)的坐標(biāo)值值像片坐標(biāo)像方空間坐坐標(biāo)當(dāng)DLT系數(shù)已知：：對(duì)一個(gè)時(shí)時(shí)X列4個(gè)誤差方程程可解出三三維坐標(biāo)當(dāng)DLT系數(shù)未知：：需布至少少6個(gè)控制點(diǎn)，，X解算出DLT系數(shù)再求XX坐標(biāo).§1.2變形監(jiān)測(cè)方方案變形監(jiān)測(cè)方方案的制定定影響到：：觀測(cè)的成成本成果的精度度和可靠性性變形監(jiān)測(cè)方方案的制定定包括以下下幾個(gè)方面面：①變形觀測(cè)測(cè)的精度②變形觀測(cè)測(cè)的周期③變形觀測(cè)測(cè)的內(nèi)容④變形觀測(cè)測(cè)的方法（（監(jiān)測(cè)網(wǎng)布布置、觀測(cè)測(cè)點(diǎn)布置………）⑤變形觀測(cè)測(cè)的成本一、變形觀觀測(cè)的精度度確定典型精度1mm或相對(duì)精度度為10-6，制定變形觀觀測(cè)的精度度取決于變變形的大小小、速率、、儀器和方法所能達(dá)達(dá)到的實(shí)際際精度，以以及觀測(cè)目目的等。一般：變形目的是是安全監(jiān)測(cè)：觀測(cè)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(jìn)行變變形觀測(cè)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(cè)點(diǎn)的的距離，兩點(diǎn)差異異沉降量的的允許值為為δ=0.003l=0.003×8=24mm兩點(diǎn)差異沉沉降量的觀觀測(cè)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(diǎn)高高程之差，，則任一測(cè)測(cè)點(diǎn)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(duì)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(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大壩的要求求列于下表表：定量：一般當(dāng)時(shí)時(shí)，，認(rèn)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(gè)月月、兩個(gè)月月、三個(gè)月、半半年、一年年等。觀測(cè)點(diǎn)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(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)月半年大壩變形觀觀測(cè)周期：：三、變形觀觀測(cè)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(cè)的方法法前面所講的的變形監(jiān)測(cè)測(cè)技術(shù)，都都是根據(jù)控控制點(diǎn)直接接測(cè)定變形形的方法，，在所有的的方法中，，都首先要要進(jìn)行變形形監(jiān)測(cè)控制制網(wǎng)的布設(shè)設(shè)，然后才才能以此為為基礎(chǔ)測(cè)定定變形值。控制網(wǎng)布設(shè)設(shè)：基準(zhǔn)點(diǎn)———工作基點(diǎn)點(diǎn)——觀測(cè)測(cè)點(diǎn)（目標(biāo)標(biāo)點(diǎn)）①布置原則則：遠(yuǎn)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(biāo)志構(gòu)造造形式：如：地表巖巖石標(biāo)考慮凍土鉚釘深埋雙金屬屬標(biāo)平峒巖石標(biāo)標(biāo)爆擴(kuò)樁古樹根……③監(jiān)測(cè)網(wǎng)坐坐標(biāo)系和基基準(zhǔn)的選擇擇：大地坐標(biāo)系系統(tǒng)：當(dāng)變變形體的范范圍較大且且形狀不規(guī)規(guī)則時(shí)，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(cè)網(wǎng)也可可得到檢查查確定：將監(jiān)監(jiān)測(cè)網(wǎng)與已已有的大地地網(wǎng)連測(cè)或或?qū)⒋蟮乜乜刂凭W(wǎng)點(diǎn)直直接作為參考點(diǎn)點(diǎn)的方法法即可確確定一二三準(zhǔn)網(wǎng)網(wǎng)秩虧數(shù)分別為為1、3、6（測(cè)邊時(shí)時(shí)）↓↓1個(gè)已知點(diǎn)點(diǎn)2個(gè)已知點(diǎn)點(diǎn)基于監(jiān)測(cè)測(cè)體的坐坐標(biāo)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(biāo)軸與與監(jiān)測(cè)體體的主軸軸線重合合、平行行或垂直直。這時(shí)目標(biāo)標(biāo)點(diǎn)的變變形剛好好在某一一坐標(biāo)方方向上。。注意※關(guān)關(guān)鍵：1.一旦選定定了固定定基準(zhǔn)，