巖土工程監(jiān)測（ppt41頁）

1、巖土工程監(jiān)測主要內容緒論測試技術基礎知識巖土的原位測試技術基坑工程中的巖土工程問題監(jiān)測地下工程中的巖土工程問題監(jiān)測邊坡工程中的巖土工程問題監(jiān)測地基加固的檢驗與檢測樁基礎的測試與檢測第一章 緒 論本課程的目的和意義本課程在巖土工程中的地位與作用巖土工程測試、檢測及監(jiān)測技術簡介巖土工程測試與檢測技術的現(xiàn)狀與展望1.1 本課程的目的和意義巖土工程是利用土力學、巖體力學及工程地質學的理論和方法，為研究各類土建工程中涉及巖土體的利用、整治和改造問題而進行的系統(tǒng)工作。巖土力學理論要變?yōu)楣こ态F(xiàn)實，需要相應的測試手段。巖土工程設計、施工，試驗工作非常重要，它是學科理論研究與發(fā)展的基礎。1.2本課程在巖土工程中

2、的地位與作用巖土力學在一定意義上講就是一門試驗力學，試驗是土力學發(fā)展的基礎。巖土體的復雜性使前期勘察與試驗結果存在著一定的不確定性，在巖土工程施工過程中還必須通過現(xiàn)場監(jiān)測與檢測，以確保巖土工程的安全性。巖土工程測試技術不僅在工程實踐中十分重要，而且在學科理論的研究與發(fā)展中也起著決定性作用。監(jiān)測與檢測的重要性保證工程的施工質量和安全，提高工程效益。在巖土工程服務于工程建設的全過程中，現(xiàn)場監(jiān)測與檢測是一個重要的環(huán)節(jié)，可以使工程師們對上部結構與下部巖土地基共同作用的性狀及施工和建筑物運營過程的認識在理論和實踐上更加完善，便于總結工作經驗和形成新的認識。依據(jù)監(jiān)測結果，利用反演分析的方法，求出能使理論分

3、析與實測基本一致的工程參數(shù)。1.3 巖土工程測試、檢測及監(jiān)測技術簡介巖土工程測試包括室內土工試驗、巖體力學試驗、原位測試、原型試驗和現(xiàn)場監(jiān)測等。室內土工試驗：觀測判別試驗、物理性質試驗、化學性質試驗和力學性質試驗等。巖體力學試驗：常規(guī)力學指標和巖體變形與破壞機理的分析與研究。原位測試：基本保持被測試巖土體的結構、含水量及應力狀態(tài)不變的條件下測定其基本物理力學性能。1.3.1 原位測試獲取設計參數(shù)的原位試驗；提供施工控制和反演分析參數(shù)的原位檢測。優(yōu)點：1、避開取土樣困難，測定難以采取不擾動試樣土層的工程性質；2、在原位應力條件下試驗，避免采用過程中應力釋放的影響；3、試驗的巖土體體積較大，代表性

4、強；4、工作效率較高，可大大縮短勘探試驗的周期。1.3.1 原位測試缺點1、各種原位測試都有其針對性和適用條件；2、原位測試所得參數(shù)與土的工程性質間的關系往往建立在統(tǒng)計關系上；3、影響原位測試成果的因素較為復雜（如周圍的應力場、排水條件和施工過程對測試環(huán)境的干擾等），使得對測定值的準確判定造成一定的困難；4、原位測試中的主應力方向與實際巖土工程問題中多變的主應力方向往往并不一致。1.3.2 原型試驗原型試驗以實際地下結構物為對象在現(xiàn)場地質條件下按設計荷載條件進行試驗，其試驗結果具有直觀、可靠等優(yōu)點，主要有樁基試驗、錨桿試驗等；通過原型試驗可以進一步驗證工程勘察結果和設計結果的正確性與可靠性。1

5、.3.3 現(xiàn)場監(jiān)測以實際工程作為對象，在施工期及工后期對整個巖土體和地下結構以及周圍環(huán)境，于事先設定的點位上，按設定的時間間隔進行應力和變形現(xiàn)場觀測。目的：1、檢驗巖土工程施工質量是否滿足巖土工程設計和有關規(guī)程、規(guī)范的要求；2、指導巖土工程的施工方法、流程和施工進度，通過巖土工程監(jiān)測反饋分析巖土工程設計與施工是否合理，并為后續(xù)設計與施工方案提供優(yōu)化意見；3、檢測巖土工程施工對環(huán)境的影響，驗證巖土工程施工防護措施的效果；4、及時發(fā)現(xiàn)和預報巖土工程施工過程中所出現(xiàn)的異常情況、防止巖土工程施工事故，保障巖土工程施工安全；5、提供定量的巖土工程質量事故鑒定依據(jù)；6、為建（構）筑物的竣工驗收提供所需的監(jiān)

6、測資料。1.3.3 現(xiàn)場監(jiān)測現(xiàn)場監(jiān)測工作的主要內容：1、對巖土所受到的施工作用、各類荷載的大小以及在這些荷載作用下巖土反應性狀的監(jiān)測；2、對建設中或運營中結構物的監(jiān)測；3、監(jiān)測巖土工程在施工及運營過程中對周圍環(huán)境的影響。1.4 巖土工程測試與檢測技術的現(xiàn)狀與展望現(xiàn)狀：1、手段單一2、結果缺乏合理的解釋3、管理制度不健全4、人員培訓不及時采取相應措施：1、建立健全行業(yè)管理制度，提高工作人員素質2、增強對從事巖土工程工作的單位考核與管理，提高人員培訓與考核3、加強巖土工程各個環(huán)節(jié)的控制，增強對檢測、測試環(huán)節(jié)的階段驗收和最終評判展望：1、取樣技術標準化2、新儀器新方法的開發(fā)3、工程地球物理探測4、現(xiàn)

7、場測試、室內試驗、理論預測和數(shù)值反分析及其再預測的有機結合與循環(huán)第二章 測試技術基礎知識測試：信息采集，獲取測試數(shù)據(jù)；以確定量值為目的的一系列操作。測試系統(tǒng)：傳感技術的實體，傳感器與多臺儀表的組合。2.1.1 測試將測試值與同種性質的標準量進行比較，確定被測試值對標準量的倍數(shù)。2.1.2 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)：傳感器與測試儀表、變換裝置等的有機組合。傳感器：感受被測試的大小并輸出相對應的可用輸出信號的器件或裝置。數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)：傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)：信號處理和變換。數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)：被測試信息變成人感官能接受的形式，以完成監(jiān)視、控制或分析的目的。2.2 傳感器的基本特性傳感器：敏感元件、轉換元件和測試

8、電路。傳感器性能評價：靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性：當被測量的各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時，傳感器的輸出值與輸入值之間的關系數(shù)學表達式、曲線或數(shù)表。動態(tài)特性：當被測量值隨時間變化時，傳感器的輸出值與輸入值之間關系的數(shù)學表達式、曲線或數(shù)表。2.2.1 傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)指標主要指標：靈敏度、線性度（直線度）和回程誤差（遲滯性）靈敏度（）：穩(wěn)態(tài)時傳感器輸出量Y和輸入量X之比，或輸出量Y的增量和輸入量X的增量之比。線性度（非線性誤差） 傳感器的輸出-輸入校準曲線與理論擬合曲線之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出之比。理想的傳感器輸出與輸入呈線性關系。線性度是評價非線性程度的參數(shù)。 回程誤差（遲滯性）輸入逐漸增

9、加到某一值與輸入逐漸減小到同一輸入值時的輸出值不相等，叫遲滯現(xiàn)象。遲滯差：對于同一輸入值所得到的兩個輸出值之間的最大差值hmax與量程A的比值的百分率。分辨力：傳感器能檢測到的最小輸入增量。在輸入零點附近的分辨力稱為閥值。測量范圍和量程：在允許誤差限內，被測量值的下限與上限之間的范圍。重復性：傳感器在同一條件下，被測輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次重復測量時，所得輸出-輸入曲線的不一致程度。零漂：傳感器在無輸入或輸入為另一值時，每隔一定時間，其輸出值偏離原始值的最大偏差與滿量程的百分比。溫漂：溫度每升高1度，傳感器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比。2.2.2 傳感器的動態(tài)特性通常根據(jù)正弦變化與

10、階躍變化兩種標準輸入來考察傳感器的響應特性。建立數(shù)學模型來分析和處理傳感器的動態(tài)響應。線性系統(tǒng)的動態(tài)響應，廣泛使用的數(shù)學模型是普通線性常系數(shù)微分方程。2.3 常用傳感器的類型和工作原理變換原理：電阻式、電容式、差動變壓器式、光電式等。被測量的物理量：位移傳感器、壓力傳感器、速度傳感器。2.3.1 差動電阻式傳感器（卡爾遜式儀器）組成：兩根彈性鋼絲作為傳感元件，一根受拉，一根受壓。鋼絲特性之一環(huán)境變量變化，鋼絲電阻值反向變化，兩個元件的電阻值比值，測出物理量的數(shù)值。當鋼絲受到拉力作用而產生彈性變形，其變形與電阻變化之間關系：鋼絲特性之二 鋼絲電阻隨其溫度變化之間的近似線性關系：工作原理：儀器受力

11、變形，鋼絲電阻產生差動變化，一根受拉，電阻增加，一根受壓，電阻減少，兩個鋼絲的串聯(lián)電阻不變而電阻比R1/R2發(fā)生變化，得到鋼絲電阻比值，就得到儀器的變形或應力；溫度改變時，鋼絲電阻變化是同方向的，溫度升高時，兩根鋼絲的電阻都減少。獲得鋼絲的串聯(lián)電阻，就可求得儀器測點位置的穩(wěn)定。差動式應變計： 靈敏度較高，性能穩(wěn)定，耐久性好2.3.2 鋼弦頻率式傳感器組成：一根金屬絲弦（高彈性彈簧鋼、馬氏不銹鋼或鎢鋼）工作原理：利用鋼弦的自振頻率與鋼弦所受到的外加張力關系式測各種物理量。鋼弦式儀器是根據(jù)鋼弦張緊力與諧振頻率成單值函數(shù)關系設計而成的；關系式如下：壓力盒計算公式鋼弦傳感器的種類鋼弦式應變計、鋼弦式土

12、壓力盒、鋼筋應力計等。特點結構簡單可靠，傳感器的設計、制造、安裝和調試方便。不受接觸電阻、外界電磁場影響，性能較穩(wěn)定，耐久性能好。2.4 監(jiān)測儀器的選擇和標定監(jiān)測儀器和元件的選擇巖土工程監(jiān)測儀器的質量標準監(jiān)測儀器的適用范圍及使用條件儀器和傳感器的標定2.4.1 監(jiān)測儀器和元件的選擇選取要求：儀器的技術性能、儀器埋設條件、儀器測讀的方式和儀器的經濟性儀器技術性能方面儀器的可靠性（光學、機械、電子設備等）儀器使用壽命（儀器工作壽命大于或等于工程使用年限）儀器的堅固性和可維護性（容易標定、修復或置換）儀器的精度（精度滿足監(jiān)測數(shù)據(jù)要求即可）靈敏度和量程（高靈敏度、大量程）儀器埋設條件方面儀器選型時，應

13、考慮其埋設條件（性能保證下，選擇易埋設）施工儀器和埋設條件不同，選擇不同儀器。儀器選擇經濟方面技術要求滿足條件下，選擇最經濟的（儀器購置、損耗及埋設費用）儀器測讀方式方面根據(jù)測量工作量選擇不同的測讀方式的儀器對于能形成監(jiān)測網并能聯(lián)網監(jiān)測的工程，儀器選型時應根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)一的測讀方式選擇儀器2.4.2 巖土工程監(jiān)測儀器的質量標準可靠性和穩(wěn)定性儀器在設計規(guī)定的運行條件和運行時間內，檢測元件、轉換裝置和測讀儀器、儀表保持原有技術性能的程度。準確度和精度準確度：測量結果與真值偏離的程度，系統(tǒng)誤差的大小是準確度的標志。精度：在相同條件下測量同一個量所得結果重復一致的程度。靈敏度和分辨力靈敏度：輸入量（被

14、測信號）與輸出量的比值分辨力：靈敏度的倒數(shù)，靈敏度越高，分辨力越強，傳感器檢測出的輸入量變化越小。2.4.3監(jiān)測儀器的適用范圍及使用條件變形觀測儀器經緯儀、水準儀、全站儀、電子測距儀或激光準直儀。位移計、測縫計、傾斜儀、沉降儀、垂線坐標儀、多點位移計和應變計等壓力（應力）觀測儀器土壓力計、孔隙壓力計、鋼筋內力計等其他觀測儀器溫度計、速度計、加速度計、動水壓力計等2.4.4 儀器和傳感器的標定標定：利用精度高一級的標準器具對傳感器進行定度的過程，從而確定其輸出量與輸入量之間的對應關系，同時也確定不同使用條件下的誤差關系。標定方法：利用標準設備產生已知“標準”輸入量，或用標準傳感器檢測輸入量的標準值，輸入待標定的傳感器，并將傳感器的輸出量與輸入標準量相比較，獲得校準數(shù)據(jù)和輸入輸出曲線，動態(tài)響應曲線等，由此分析計算而得到被標傳感器的技術性能參數(shù)。標定類型：靜態(tài)標定和動態(tài)標定