變形監(jiān)測概述最新版本

1、工程變形測量內容工程變形測量內容 概論 沉降監(jiān)測技術 水平位移監(jiān)測技術 建筑物內部監(jiān)測技術 GPS在變形測量中的應用 自動化監(jiān)測技術與資料整編 變形監(jiān)測數(shù)學模型 基坑與橋梁監(jiān)測技術 水利工程監(jiān)測技術本次課主要內容本次課主要內容 變形測量的基本概念 變形測量的任務與目的 變形測量的特點 變形測量的基本原理 變形測量的精度 變形測量的周期 變形測量的研究現(xiàn)狀及進展1.1.變形測量的基本概念變形測量的基本概念世間萬物無時無刻不受到力的作用。世間萬物無時無刻不受到力的作用。在力的作用下，物體將改變原有運在力的作用下，物體將改變原有運動學狀態(tài)動學狀態(tài)力的作用效果或使物體產(chǎn)生機械運力的作用效果或使物體產(chǎn)生

2、機械運動（如位移和旋轉），或使物體產(chǎn)動（如位移和旋轉），或使物體產(chǎn)生變形（如伸縮、彎曲、剪切、扭生變形（如伸縮、彎曲、剪切、扭轉等）。轉等）。1.1.變形測量的基本概念變形測量的基本概念變形是自然界普遍存在的現(xiàn)象變形是自然界普遍存在的現(xiàn)象變形在一定范圍內被認為是允許的，如果超出允許值，則可變形在一定范圍內被認為是允許的，如果超出允許值，則可能引發(fā)事故和災難。例如地震、滑坡、巖崩、火山爆發(fā)、潰能引發(fā)事故和災難。例如地震、滑坡、巖崩、火山爆發(fā)、潰壩、橋梁與建筑物的倒塌等。壩、橋梁與建筑物的倒塌等。1.1.變形測量的基本概念變形測量的基本概念變形測量的具體對象為變形測量的具體對象為變形體變形體變形體

3、的范圍可以大到整個地球，小到一個工程建（構）筑變形體的范圍可以大到整個地球，小到一個工程建（構）筑物的塊體，它包括自然和人工的構筑物。物的塊體，它包括自然和人工的構筑物。工程和局部性變形，如工程建筑物的三維變形、滑坡體的滑工程和局部性變形，如工程建筑物的三維變形、滑坡體的滑動、地下開采引起的地表移動和下沉等動、地下開采引起的地表移動和下沉等工程變形測量以工程和局部性變形為研究重點。工程變形測量以工程和局部性變形為研究重點。1.1.變形測量的基本概念變形測量的基本概念 對建筑物、構筑物及其地基或一定范圍內巖體及土體的位對建筑物、構筑物及其地基或一定范圍內巖體及土體的位移、沉降、傾斜、撓度、裂縫等

4、所進行的測量工作。移、沉降、傾斜、撓度、裂縫等所進行的測量工作。（GB/T 500281996工程測量基本術語標準工程測量基本術語標準7.1.1）。）。變形測量（變形測量（deformation survey /measurement） ：變形觀測變形觀測 ( deformation observation) 變形監(jiān)測變形監(jiān)測 ( deformation monitoring)為獲取物體變形信息而進行的測量工作。為獲取物體變形信息而進行的測量工作。 1.1.變形測量的基本概念變形測量的基本概念 變形監(jiān)測是掌握建筑物工作性態(tài)的基本手段，不全面變形監(jiān)測是掌握建筑物工作性態(tài)的基本手段，不全面。 結構

5、內部的應力、溫度以及外部環(huán)境結構內部的應力、溫度以及外部環(huán)境進行相應的監(jiān)測，變形監(jiān)測發(fā)展成為安全監(jiān)測。 安全監(jiān)測成果：1反映建筑物的工作性態(tài)，2反饋給管理部門，調節(jié)建筑物荷載，安全監(jiān)測安全監(jiān)測- -安全監(jiān)控。安全監(jiān)控。 建筑物健康診斷理論。1.1.變形測量的基本概念變形測量的基本概念工程變形測量與工程測量的關系：工程變形測量與工程測量的關系：工程變形測量是重要和大型工程變形測量是重要和大型工程運營階段的主要測量工工程運營階段的主要測量工作，甚至在施工階段就要進作，甚至在施工階段就要進行變形監(jiān)測。行變形監(jiān)測。1.1.變形測量的基本概念變形測量的基本概念工程變形測量與工程測量的關系：工程變形測量與

6、工程測量的關系：精密工程測量精密工程測量絕對測量精度達到毫米級相對測絕對測量精度達到毫米級相對測量精度達到量精度達到1 10-5 變形測量的典型精度是絕對測變形測量的典型精度是絕對測量精度達到量精度達到1mm或相對測量精或相對測量精度達到度達到1 10-62.2.變形測量的任務與目的變形測量的任務與目的變形測量的任務：變形測量的任務： 所研究的物體是否發(fā)生變形？所研究的物體是否發(fā)生變形？ 若發(fā)生變形，變形多大？若發(fā)生變形，變形多大？ 發(fā)生變形的原因是什么？發(fā)生變形的原因是什么？變形測量的任務是，應用各種測量手段，測定變變形測量的任務是，應用各種測量手段，測定變形體之形狀、位置在時空域中的變化特

7、征，并解釋形體之形狀、位置在時空域中的變化特征，并解釋其發(fā)生的原因其發(fā)生的原因。 2.2.變形測量的任務與目的變形測量的任務與目的變形測量的目的和意義：變形測量的目的和意義：l變形測量的實用意義變形測量的實用意義是安全監(jiān)測。主要是檢查各種工程建是安全監(jiān)測。主要是檢查各種工程建筑物、地質構造、工業(yè)構件等的穩(wěn)定性，分析和評價建筑筑物、地質構造、工業(yè)構件等的穩(wěn)定性，分析和評價建筑物的安全狀態(tài)，以便及時發(fā)現(xiàn)問題和采取應對措施。物的安全狀態(tài)，以便及時發(fā)現(xiàn)問題和采取應對措施。攔河大壩攔河大壩是一類重要的工程建筑物，大壩失事極短時間內是一類重要的工程建筑物，大壩失事極短時間內造成巨大損失。造成巨大損失。19

8、63年意大利年意大利266m高的瓦依昂（高的瓦依昂（Vajont）拱壩，南岸發(fā)生大滑坡，）拱壩，南岸發(fā)生大滑坡，滑坡體以滑坡體以2530m/s的速度滑向水庫，在的速度滑向水庫，在3060s內共滑下內共滑下(2.73)108m3的土石方，使庫中的土石方，使庫中5107m3的水被擠出，掀起的水被擠出，掀起250m高的巨高的巨大水浪，洪水浸沒壩頂大水浪，洪水浸沒壩頂100m高，在下游高，在下游1.5km的峽口處，仍有的峽口處，仍有60m高高的巨浪，從滑坡開始到下游被摧毀，只經(jīng)歷了的巨浪，從滑坡開始到下游被摧毀，只經(jīng)歷了7分鐘，毀滅一個城市和分鐘，毀滅一個城市和幾個小鎮(zhèn)，死亡幾個小鎮(zhèn)，死亡3000人。

9、人。2.2.變形測量的任務與目的變形測量的任務與目的變形測量的目的和意義：變形測量的目的和意義：l變形測量的實用意義變形測量的實用意義安全監(jiān)測。安全監(jiān)測。1975年年8月駐馬店板橋水庫潰壩，世界最大的潰壩災難月駐馬店板橋水庫潰壩，世界最大的潰壩災難2.2.變形測量的任務與目的變形測量的任務與目的變形測量的目的和意義：變形測量的目的和意義：l變形測量的實用意義變形測量的實用意義安全監(jiān)測。安全監(jiān)測。2009年年5月月17日，株洲一高架橋坍塌，造成多人傷亡日，株洲一高架橋坍塌，造成多人傷亡2.2.變形測量的任務與目的變形測量的任務與目的變形測量的目的和意義：變形測量的目的和意義：l變形測量的實用意義

10、變形測量的實用意義安全監(jiān)測。安全監(jiān)測。瑞士的瑞士的Zeuzier拱壩，高拱壩，高156m，在竣工后，在竣工后20多年中，大壩運行正常，多年中，大壩運行正常，但但1978年突然發(fā)現(xiàn)異常，壩頂下沉年突然發(fā)現(xiàn)異常，壩頂下沉10cm，拱座間距離縮短，拱座間距離縮短5cm，拱冠，拱冠頂向上游移動頂向上游移動9cm，超出預計變形值一倍以上。發(fā)現(xiàn)異常后，泄放了庫，超出預計變形值一倍以上。發(fā)現(xiàn)異常后，泄放了庫中中90的水，發(fā)現(xiàn)壩體已產(chǎn)生裂縫。仔細檢查和分析原因，得知這是由的水，發(fā)現(xiàn)壩體已產(chǎn)生裂縫。仔細檢查和分析原因，得知這是由于離壩不遠處（距大壩于離壩不遠處（距大壩1400m、比壩低、比壩低300m），正在開

11、挖一條穿過阿），正在開挖一條穿過阿爾卑斯山的公路隧道所造成的，當隧道工程停止后，壩體變形明顯減小。爾卑斯山的公路隧道所造成的，當隧道工程停止后，壩體變形明顯減小。堅持長期的、嚴密的變形測量可以避免或減少損失。堅持長期的、嚴密的變形測量可以避免或減少損失。1985年年6月月12日，長江三峽新灘大滑坡成功預報，確保災害損失減少日，長江三峽新灘大滑坡成功預報，確保災害損失減少到了最低限度，滑坡區(qū)內到了最低限度，滑坡區(qū)內457戶戶1371人在滑坡前全部安全撤離，在險區(qū)人在滑坡前全部安全撤離，在險區(qū)航行的航行的11艘客貨輪及時避險，免遭災難。艘客貨輪及時避險，免遭災難。2.2.變形測量的任務與目的變形測

12、量的任務與目的變形測量的目的和意義：變形測量的目的和意義：l變形測量的科學意義變形測量的科學意義包括更好地理解變形的機理，驗證有關包括更好地理解變形的機理，驗證有關工程設計的理論，以及建立正確的預報變形的理論和方法。工程設計的理論，以及建立正確的預報變形的理論和方法。 反饋設計施工質量反饋設計施工質量驗證設計參數(shù)驗證設計參數(shù) 研究正確的變形規(guī)律和預報變形的方法研究正確的變形規(guī)律和預報變形的方法 3.3.變形測量的特點變形測量的特點 周期性重復觀測周期性重復觀測 變形測量的主要任務是周期性地對觀測點進行重復觀測，變形測量的主要任務是周期性地對觀測點進行重復觀測，以求得其在觀測周期內的變形信息。周

13、期性是指觀測的時以求得其在觀測周期內的變形信息。周期性是指觀測的時間間隔是固定的，不能隨意更改；重復性是指觀測的條件、間間隔是固定的，不能隨意更改；重復性是指觀測的條件、方法和要求等基本相同。方法和要求等基本相同。 著重于研究點位的變化著重于研究點位的變化變形測量工作主要關心的是變形體的變形，即測點的變變形測量工作主要關心的是變形體的變形，即測點的變化，而不是點的絕對坐標，坐標只是變形測量中非常重化，而不是點的絕對坐標，坐標只是變形測量中非常重要的中間結果。因此，變形監(jiān)測的坐標系統(tǒng)可根據(jù)工程要的中間結果。因此，變形監(jiān)測的坐標系統(tǒng)可根據(jù)工程需要靈活建立。需要靈活建立。3.3.變形測量的特點變形測

14、量的特點 多種觀測技術的綜合應用多種觀測技術的綜合應用任何一種測量技術都有可能用于變形測量，尤其對于大型任何一種測量技術都有可能用于變形測量，尤其對于大型工程建筑物，例如大壩變形測量，需要多種測量技術的綜工程建筑物，例如大壩變形測量，需要多種測量技術的綜合運用，如它的外部觀測，可采用常規(guī)大地測量技術或合運用，如它的外部觀測，可采用常規(guī)大地測量技術或GPS技術，它的內部觀測則要采用多種準直測量技術和正、技術，它的內部觀測則要采用多種準直測量技術和正、倒錘測量技術等。倒錘測量技術等。 精度要求高精度要求高 變形體的變形量一般較小，為了準確區(qū)分變形量和測量誤變形體的變形量一般較小，為了準確區(qū)分變形量

15、和測量誤差，必須提高測量精度，變形監(jiān)測的差，必須提高測量精度，變形監(jiān)測的觀測誤差往往要求在觀測誤差往往要求在變形允許值的變形允許值的 之間，甚至要求最高的測量精之間，甚至要求最高的測量精度。度。1/101/204.4.變形測量的基本原理變形測量的基本原理 變形測量的基本方法是在變形體的變形特征變形測量的基本方法是在變形體的變形特征處設置一些點（稱為處設置一些點（稱為目標點目標點或或變形點變形點、監(jiān)測監(jiān)測點點），重復測算這些點的坐標，從點的坐標變），重復測算這些點的坐標，從點的坐標變化中獲取變形信息?；蝎@取變形信息。 沉降測量簡例 h 1 A 4.4.變形測量的基本原理變形測量的基本原理為了得

16、到目標點的位置變化為了得到目標點的位置變化,需要一個需要一個穩(wěn)定的點作參考穩(wěn)定的點作參考,稱稱參考點或基準點參考點或基準點。沉降測量簡例 h 1 A 參考點必須穩(wěn)固參考點必須穩(wěn)固,對平面來說對平面來說,參考點不參考點不能水平移動；對高程來說能水平移動；對高程來說,參考點不能升參考點不能升降降設立參考點的措施不外設立參考點的措施不外“遠離遠離”和和“深深埋埋”?！斑h離遠離”:參考點遠離變形體參考點遠離變形體,使參考點在變形使參考點在變形影響范圍之外；影響范圍之外；“深埋深埋”:將參考點設立在基巖或深部穩(wěn)定土將參考點設立在基巖或深部穩(wěn)定土層上層上,如如深埋雙金屬管標志深埋雙金屬管標志和和倒錘倒錘。

17、 4.4.變形測量的基本原理變形測量的基本原理 但是但是, 措施不是結論。措施不是結論。測量人靠數(shù)據(jù)說話測量人靠數(shù)據(jù)說話多個參考點形成參考網(wǎng)，多個參考點形成參考網(wǎng)，并進行重復觀測并進行重復觀測參考網(wǎng)穩(wěn)定性判斷參考網(wǎng)穩(wěn)定性判斷平均間隙法平均間隙法 h 1 A B C 4.4.變形測量的基本原理變形測量的基本原理 參考點對相對變形信息至關重要參考點對相對變形信息至關重要,但但對絕對變形信息的求取卻無直接關系。對絕對變形信息的求取卻無直接關系。 傾斜觀測示例 L s1 s2 1 2 h A B C 由1h、2h得傾斜變化量LhhLss2121125.5.變形測量的精度變形測量的精度項項 目目位移中誤

18、差限值位移中誤差限值水平位移水平位移壩壩 體體重重 力力 壩壩1.0mm拱拱 壩壩徑徑 向向2.0mm切切 向向1.0mm壩壩 基基重重 力力 壩壩0.3mm拱拱 壩壩徑徑 向向1.0mm切切 向向0.5mm壩體、壩基垂直位移壩體、壩基垂直位移1.0mm壩體、壩基撓度壩體、壩基撓度0.3mm傾傾 斜斜壩壩 體體5.0壩壩 基基1.0壩體表面接縫與裂縫壩體表面接縫與裂縫0.2mm近壩區(qū)巖體近壩區(qū)巖體水水 平平 位位 移移2.0mm垂直位移垂直位移壩壩 下下 游游1.5mm庫庫 區(qū)區(qū)2.0mm滑坡體和高邊坡滑坡體和高邊坡水水 平平 位位 移移0.33.0mm垂垂 直直 位位 移移3.0mm裂裂 縫

19、縫1.0mm混凝土大壩變形監(jiān)測的精度混凝土大壩變形監(jiān)測的精度 6.6.變形測量的周期變形測量的周期為了獲得變形體的變形和變形時間特征，變形測量采用重為了獲得變形體的變形和變形時間特征，變形測量采用重復觀測的方法，理想的情況是不間斷地連續(xù)進行。復觀測的方法，理想的情況是不間斷地連續(xù)進行。就相臨兩期觀測而言，應滿足：02mvt，v是變形發(fā)展速率從而得到：vmt2變形信息才能在兩期測算坐標之間的比較中及時反映出來。變形信息才能在兩期測算坐標之間的比較中及時反映出來。 變形測量重復觀測的時間間隔稱為觀測周期變形測量重復觀測的時間間隔稱為觀測周期(也稱監(jiān)測周期也稱監(jiān)測周期 )。6.6.變形測量的周期變形

20、測量的周期就具體工程項目而言，觀測周期與工程的大小、測點所在位就具體工程項目而言，觀測周期與工程的大小、測點所在位置的重要性、觀測目的以及一次觀測所需要的時間長短有關。置的重要性、觀測目的以及一次觀測所需要的時間長短有關。變形監(jiān)測的周期應以能系統(tǒng)反映所測變形的變化過程且不遺變形監(jiān)測的周期應以能系統(tǒng)反映所測變形的變化過程且不遺漏其變化時刻為原則，根據(jù)單位時間內變形量的大小及外界漏其變化時刻為原則，根據(jù)單位時間內變形量的大小及外界影響因素確定。影響因素確定。在工程建筑物建成初期，變形速度較快，觀測次數(shù)應多一些；在工程建筑物建成初期，變形速度較快，觀測次數(shù)應多一些；隨著建筑物趨向穩(wěn)定，可以減少觀測次

21、數(shù)，但仍應堅持長期隨著建筑物趨向穩(wěn)定，可以減少觀測次數(shù)，但仍應堅持長期觀測，以便能發(fā)現(xiàn)異常變化。對于周期性的變形，在一個變觀測，以便能發(fā)現(xiàn)異常變化。對于周期性的變形，在一個變形周期內至少應觀測形周期內至少應觀測2次。次。說明：說明：6.6.變形測量的周期變形測量的周期如遇特殊情況，如暴雨、洪水、地震等，應進行加測。及時進行第一周期的觀測有重要意義。因為延誤最初的測量就可能失去已經(jīng)發(fā)生的變形數(shù)據(jù)，而且以后各周期的重復測量成果都是與第一次成果相比較的，所以應特別重視第一次的觀測質量。7.7.變形測量的研究現(xiàn)狀及進展變形測量的研究現(xiàn)狀及進展p變形監(jiān)測技術的現(xiàn)狀變形監(jiān)測技術的現(xiàn)狀現(xiàn)場巡視現(xiàn)場巡視現(xiàn)場巡

22、視檢查是變形監(jiān)測中的一個重要內容；現(xiàn)場巡視檢查是變形監(jiān)測中的一個重要內容；采用簡單量具或臨時安裝的儀器設備在建筑物及其周圍采用簡單量具或臨時安裝的儀器設備在建筑物及其周圍定期或不定期進行檢查；定期或不定期進行檢查；檢查結果可以定性描述，也可以定量描述。檢查結果可以定性描述，也可以定量描述。 7.7.變形測量的研究現(xiàn)狀及進展變形測量的研究現(xiàn)狀及進展p變形監(jiān)測技術的現(xiàn)狀變形監(jiān)測技術的現(xiàn)狀位移監(jiān)測位移監(jiān)測位移監(jiān)測主要包括沉降監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、撓度監(jiān)測、位移監(jiān)測主要包括沉降監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、撓度監(jiān)測、裂縫監(jiān)測等；裂縫監(jiān)測等；對于不同類型的工程，各類監(jiān)測項目的方法和要求有一定對于不同類型的工程，各類

23、監(jiān)測項目的方法和要求有一定的差異。的差異。沉降監(jiān)測的常用方法：沉降監(jiān)測的常用方法：水平位移監(jiān)測的常用方法：水平位移監(jiān)測的常用方法：幾何水準、三角高程、液體靜力水準等；幾何水準、三角高程、液體靜力水準等；傳統(tǒng)大地測量方法、攝影測量方法、基準線法、傳統(tǒng)大地測量方法、攝影測量方法、基準線法、空間定位技術、專門測量方法等空間定位技術、專門測量方法等對于絕大多數(shù)工程項目，僅僅監(jiān)測變形是不夠的，僅有變形信息無法進行變形分析和物理解釋，需要同時檢測記錄一些其他項目，包括環(huán)境量、應變、應力、滲流等。7.7.變形測量的研究現(xiàn)狀及進展變形測量的研究現(xiàn)狀及進展p變形監(jiān)測技術的現(xiàn)狀變形監(jiān)測技術的現(xiàn)狀環(huán)境量監(jiān)測環(huán)境量監(jiān)

24、測環(huán)境量監(jiān)測一般包括氣溫、氣壓、降水量、風力、風向等。環(huán)境量監(jiān)測一般包括氣溫、氣壓、降水量、風力、風向等。對于水工建筑物，還應監(jiān)測庫水位、庫水溫度、冰壓力、對于水工建筑物，還應監(jiān)測庫水位、庫水溫度、冰壓力、壩前淤積和下游沖刷等；壩前淤積和下游沖刷等；對于橋梁工程，還應監(jiān)測河水流速、流向、泥沙含量、河對于橋梁工程，還應監(jiān)測河水流速、流向、泥沙含量、河水溫度、橋址區(qū)河床變化等。水溫度、橋址區(qū)河床變化等?？傊?，對于不同的工程，除了一般性的環(huán)境量監(jiān)測外，還總之，對于不同的工程，除了一般性的環(huán)境量監(jiān)測外，還要進行一些針對性的監(jiān)測工作。要進行一些針對性的監(jiān)測工作。7.7.變形測量的研究現(xiàn)狀及進展變形測量的

25、研究現(xiàn)狀及進展p變形監(jiān)測技術的現(xiàn)狀變形監(jiān)測技術的現(xiàn)狀滲流監(jiān)測滲流監(jiān)測滲流監(jiān)測主要包括地下水位監(jiān)測、滲透壓力監(jiān)測、滲流量滲流監(jiān)測主要包括地下水位監(jiān)測、滲透壓力監(jiān)測、滲流量監(jiān)測等。監(jiān)測等。對于水工建筑物，還要包括揚壓力監(jiān)測、水質監(jiān)測等。對于水工建筑物，還要包括揚壓力監(jiān)測、水質監(jiān)測等。 應力、應變監(jiān)測應力、應變監(jiān)測應力、應變監(jiān)測的主要項目包括：混凝土應力應變監(jiān)測、應力、應變監(jiān)測的主要項目包括：混凝土應力應變監(jiān)測、錨桿（錨索）應力監(jiān)測、鋼筋應力監(jiān)測、鋼板應力監(jiān)測、錨桿（錨索）應力監(jiān)測、鋼筋應力監(jiān)測、鋼板應力監(jiān)測、溫度監(jiān)測等。溫度監(jiān)測等。應力、應變的監(jiān)測應與變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測等項目結合布應力、應變的監(jiān)測

26、應與變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測等項目結合布置，以便監(jiān)測資料的相互驗證和綜合分析。置，以便監(jiān)測資料的相互驗證和綜合分析。應力、應變監(jiān)測一般采用專門的應力計和應變計進行。應力、應變監(jiān)測一般采用專門的應力計和應變計進行。 7.7.變形測量的研究現(xiàn)狀及進展變形測量的研究現(xiàn)狀及進展p變形監(jiān)測技術的發(fā)展變形監(jiān)測技術的發(fā)展遠程在線監(jiān)控或網(wǎng)絡監(jiān)控將在重大工程安全監(jiān)控管理中發(fā)揮遠程在線監(jiān)控或網(wǎng)絡監(jiān)控將在重大工程安全監(jiān)控管理中發(fā)揮巨大作用。巨大作用。多種傳感器、數(shù)字近景攝影、測量機器人和多種傳感器、數(shù)字近景攝影、測量機器人和GPS的應用，將的應用，將極大促進實時、連續(xù)、高效、自動化、動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立；極大促進實時、連續(xù)、高效、自動化、動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立；變形測量自動化將極大提高時空采樣率，這將為變形分析提變形測量自動化將極大提高時空采樣率，這將為變形分析提供極豐富的數(shù)據(jù)信息；供極豐富的數(shù)據(jù)信息；高度可靠、實用、先進的測量儀器和自動化系統(tǒng)，將在惡劣高度可靠、實用、先進的測量儀器和自動化系統(tǒng)，將在惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定可靠地運行；環(huán)