巖土工程地基與樁基礎(chǔ)檢測(cè)監(jiān)測(cè)

巖土工程監(jiān)測(cè)丁萬(wàn)濤主要內(nèi)容緒論測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)巖土的原位測(cè)試技術(shù)基坑工程中的巖土工程問題監(jiān)測(cè)地下工程中的巖土工程問題監(jiān)測(cè)邊坡工程中的巖土工程問題監(jiān)測(cè)地基加固的檢驗(yàn)與檢測(cè)樁基礎(chǔ)的測(cè)試與檢測(cè)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(cè)試、檢測(cè)及監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介巖土工程測(cè)試與檢測(cè)技術(shù)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(xué)、巖體力學(xué)及工程地質(zhì)學(xué)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(jìn)行的系統(tǒng)工作。巖土力學(xué)理論要變?yōu)楣こ态F(xiàn)實(shí)，需要相應(yīng)的測(cè)試手段。巖土工程設(shè)計(jì)、施工，試驗(yàn)工作非常重要，它是學(xué)科理論研究與發(fā)展的基礎(chǔ)。1.2本課程在巖土工程中的地位與作用巖土力學(xué)在一定意義上講就是一門試驗(yàn)力學(xué)，試驗(yàn)是土力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。巖土體的復(fù)雜性使前期勘察與試驗(yàn)結(jié)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(chǎng)監(jiān)測(cè)與檢測(cè)，以確保巖土工程的安全性。巖土工程測(cè)試技術(shù)不僅在工程實(shí)踐中十分重要，而且在學(xué)科理論的研究與發(fā)展中也起著決定性作用。監(jiān)測(cè)與檢測(cè)的重要性保證工程的施工質(zhì)量和安全，提高工程效益。在巖土工程服務(wù)于工程建設(shè)的全過程中，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與檢測(cè)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，可以使工程師們對(duì)上部結(jié)構(gòu)與下部巖土地基共同作用的性狀及施工和建筑物運(yùn)營(yíng)過程的認(rèn)識(shí)在理論和實(shí)踐上更加完善，便于總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)和形成新的認(rèn)識(shí)。依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，利用反演分析的方法，求出能使理論分析與實(shí)測(cè)基本一致的工程參數(shù)。1.3巖土工程測(cè)試、檢測(cè)及監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介巖土工程測(cè)試包括室內(nèi)土工試驗(yàn)、巖體力學(xué)試驗(yàn)、原位測(cè)試、原型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等。室內(nèi)土工試驗(yàn)：觀測(cè)判別試驗(yàn)、物理性質(zhì)試驗(yàn)、化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)和力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)等。巖體力學(xué)試驗(yàn)：常規(guī)力學(xué)指標(biāo)和巖體變形與破壞機(jī)理的分析與研究。原位測(cè)試：基本保持被測(cè)試巖土體的結(jié)構(gòu)、含水量及應(yīng)力狀態(tài)不變的條件下測(cè)定其基本物理力學(xué)性能。1.3.1原位測(cè)試獲取設(shè)計(jì)參數(shù)的原位試驗(yàn)；提供施工控制和反演分析參數(shù)的原位檢測(cè)。優(yōu)點(diǎn)：1、避開取土樣困難，測(cè)定難以采取不擾動(dòng)試樣土層的工程性質(zhì)；2、在原位應(yīng)力條件下試驗(yàn)，避免采用過程中應(yīng)力釋放的影響；3、試驗(yàn)的巖土體體積較大，代表性強(qiáng)；4、工作效率較高，可大大縮短勘探試驗(yàn)的周期。1.3.1原位測(cè)試缺點(diǎn)1、各種原位測(cè)試都有其針對(duì)性和適用條件；2、原位測(cè)試所得參數(shù)與土的工程性質(zhì)間的關(guān)系往往建立在統(tǒng)計(jì)關(guān)系上；3、影響原位測(cè)試成果的因素較為復(fù)雜（如周圍的應(yīng)力場(chǎng)、排水條件和施工過程對(duì)測(cè)試環(huán)境的干擾等），使得對(duì)測(cè)定值的準(zhǔn)確判定造成一定的困難；4、原位測(cè)試中的主應(yīng)力方向與實(shí)際巖土工程問題中多變的主應(yīng)力方向往往并不一致。1.3.2原型試驗(yàn)原型試驗(yàn)以實(shí)際地下結(jié)構(gòu)物為對(duì)象在現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件下按設(shè)計(jì)荷載條件進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果具有直觀、可靠等優(yōu)點(diǎn)，主要有樁基試驗(yàn)、錨桿試驗(yàn)等；通過原型試驗(yàn)可以進(jìn)一步驗(yàn)證工程勘察結(jié)果和設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性與可靠性。1.3.3現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)以實(shí)實(shí)際際工工程程作作為為對(duì)對(duì)象象，，在在施施工工期期及及工工后后期期對(duì)對(duì)整整個(gè)個(gè)巖巖土土體體和和地地下下結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)以以及及周周圍圍環(huán)環(huán)境境，，于于事事先先設(shè)設(shè)定定的的點(diǎn)點(diǎn)位位上上，，按按設(shè)設(shè)定定的的時(shí)時(shí)間間間間隔隔進(jìn)進(jìn)行行應(yīng)應(yīng)力力和和變變形形現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)觀觀測(cè)測(cè)。。目的的：：1、檢檢驗(yàn)驗(yàn)巖巖土土工工程程施施工工質(zhì)質(zhì)量量是是否否滿滿足足巖巖土土工工程程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)和和有有關(guān)關(guān)規(guī)規(guī)程程、、規(guī)規(guī)范范的的要要求求；；2、指指導(dǎo)導(dǎo)巖巖土土工工程程的的施施工工方方法法、、流流程程和和施施工工進(jìn)進(jìn)度度，，通通過過巖巖土土工工程程監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)反反饋饋分分析析巖巖土土工工程程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與施施工工是是否否合合理理，，并并為為后后續(xù)續(xù)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)與與施施工工方方案案提提供供優(yōu)優(yōu)化化意意見見；；3、檢檢測(cè)測(cè)巖巖土土工工程程施施工工對(duì)對(duì)環(huán)環(huán)境境的的影影響響，，驗(yàn)驗(yàn)證證巖巖土土工工程程施施工工防防護(hù)護(hù)措措施施的的效效果果；；4、及及時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)和和預(yù)預(yù)報(bào)報(bào)巖巖土土工工程程施施工工過過程程中中所所出出現(xiàn)現(xiàn)的的異異常常情情況況、、防防止止巖巖土土工工程程施施工工事事故故，，保保障障巖巖土土工工程程施施工工安安全全；；5、提供定量量的巖土工工程質(zhì)量事事故鑒定依依據(jù)；6、為建（構(gòu)構(gòu)）筑物的的竣工驗(yàn)收收提供所需需的監(jiān)測(cè)資資料。1.3.3現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工工作的主要要內(nèi)容：1、對(duì)巖土所所受到的施施工作用、、各類荷載載的大小以以及在這些些荷載作用用下巖土反反應(yīng)性狀的的監(jiān)測(cè)；2、對(duì)建設(shè)中中或運(yùn)營(yíng)中中結(jié)構(gòu)物的的監(jiān)測(cè)；3、監(jiān)測(cè)巖土土工程在施施工及運(yùn)營(yíng)營(yíng)過程中對(duì)對(duì)周圍環(huán)境境的影響。。1.4巖土工程測(cè)測(cè)試與檢測(cè)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)現(xiàn)狀與展望望現(xiàn)狀：1、手段單一一2、結(jié)果缺乏乏合理的解解釋3、管理制度度不健全4、人員培訓(xùn)訓(xùn)不及時(shí)采取相應(yīng)措措施：1、建立健全全行業(yè)管理理制度，提提高工作人人員素質(zhì)2、增強(qiáng)對(duì)從從事巖土工工程工作的的單位考核核與管理，，提高人員員培訓(xùn)與考考核3、加強(qiáng)巖土土工程各個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)的控控制，增強(qiáng)強(qiáng)對(duì)檢測(cè)、、測(cè)試環(huán)節(jié)節(jié)的階段驗(yàn)驗(yàn)收和最終終評(píng)判展望：1、取樣技術(shù)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化2、新儀器新新方法的開開發(fā)3、工程地球球物理探測(cè)測(cè)4、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試、室內(nèi)試試驗(yàn)、理論論預(yù)測(cè)和數(shù)數(shù)值反分析析及其再預(yù)預(yù)測(cè)的有機(jī)機(jī)結(jié)合與循循環(huán)第二章測(cè)測(cè)試技術(shù)術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)識(shí)測(cè)試：信息息采集，獲獲取測(cè)試數(shù)數(shù)據(jù)；以確確定量值為為目的的一一系列操作作。測(cè)試系統(tǒng)：：傳感技術(shù)術(shù)的實(shí)體，，傳感器與與多臺(tái)儀表表的組合。。2.1.1測(cè)試將測(cè)試值值與同種種性質(zhì)的的標(biāo)準(zhǔn)量量進(jìn)行比比較，確確定被測(cè)測(cè)試值對(duì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量量的倍數(shù)數(shù)。2.1.2測(cè)試系統(tǒng)統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)統(tǒng)：傳感感器與測(cè)測(cè)試儀表表、變換換裝置等等的有機(jī)機(jī)組合。。傳感器：：感受被被測(cè)試的的大小并并輸出相相對(duì)應(yīng)的的可用輸輸出信號(hào)號(hào)的器件件或裝置置。數(shù)據(jù)傳輸輸環(huán)節(jié)：：傳輸數(shù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理理環(huán)節(jié)：：信號(hào)處處理和變變換。數(shù)據(jù)顯示示環(huán)節(jié)：：被測(cè)試試信息變變成人感感官能接接受的形形式，以以完成監(jiān)監(jiān)視、控控制或分分析的目目的。2.2傳感器的的基本特特性傳感器：：敏感元元件、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換元件件和測(cè)試試電路。。傳感器性性能評(píng)價(jià)價(jià)：靜態(tài)態(tài)特性和和動(dòng)態(tài)特特性。靜態(tài)特性性：當(dāng)被被測(cè)量的的各個(gè)值值處于穩(wěn)穩(wěn)定狀態(tài)態(tài)時(shí)，傳傳感器的的輸出值值與輸入入值之間間的關(guān)系系數(shù)學(xué)表表達(dá)式、、曲線或或數(shù)表。。動(dòng)態(tài)特性性：當(dāng)被被測(cè)量值值隨時(shí)間間變化時(shí)時(shí)，傳感感器的輸輸出值與與輸入值值之間關(guān)關(guān)系的數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)達(dá)式、曲曲線或數(shù)數(shù)表。2.2.1傳感器的的靜態(tài)特特性參數(shù)數(shù)指標(biāo)主要指標(biāo)標(biāo)：靈敏敏度、線線性度（（直線度度）和回回程誤差差（遲滯滯性）靈敏度（（Ｓ）：：穩(wěn)態(tài)時(shí)傳傳感器輸輸出量Y和輸入量量X之比，或或輸出量量Y的增量和和輸入量量X的增量之之比。線性度（（非線性性誤差））傳感器的的輸出-輸入校準(zhǔn)準(zhǔn)曲線與與理論擬擬合曲線線之間的的最大偏偏差與傳傳感器滿滿量程輸輸出之比比。理想的傳傳感器輸輸出與輸輸入呈線線性關(guān)系系。線性性度是評(píng)評(píng)價(jià)非線線性程度度的參數(shù)數(shù)?；爻陶`差差（遲滯滯性）輸入逐漸漸增加到到某一值值與輸入入逐漸減減小到同同一輸入入值時(shí)的的輸出值值不相等等，叫遲遲滯現(xiàn)象象。遲滯差：：對(duì)于同同一輸入入值所得得到的兩兩個(gè)輸出出值之間間的最大大差值hmax與量程A的比值的的百分率率。分辨力：傳感器器能檢測(cè)測(cè)到的最最小輸入入增量。。在輸入入零點(diǎn)附附近的分分辨力稱稱為閥值值。測(cè)量范圍圍和量程程：在允許許誤差限限內(nèi)，被被測(cè)量值值的下限限與上限限之間的的范圍。。重復(fù)性：傳感器器在同一一條件下下，被測(cè)測(cè)輸入量量按同一一方向作作全量程程連續(xù)多多次重復(fù)復(fù)測(cè)量時(shí)時(shí)，所得得輸出-輸入入曲曲線線的的不不一一致致程程度度。。零漂漂：傳傳感感器器在在無(wú)無(wú)輸輸入入或或輸輸入入為為另另一一值值時(shí)時(shí)，，每每隔隔一一定定時(shí)時(shí)間間，，其其輸輸出出值值偏偏離離原原始始值值的的最最大大偏偏差差與與滿滿量量程程的的百百分分比比。。溫漂漂：溫溫度度每每升升高高1度，，傳傳感感器器輸輸出出值值的的最最大大偏偏差差與與滿滿量量程程的的百百分分比比。。2.2.2傳感感器器的的動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)特特性性通常常根根據(jù)據(jù)正正弦弦變變化化與與階階躍躍變變化化兩兩種種標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)輸輸入入來來考考察察傳傳感感器器的的響響應(yīng)應(yīng)特特性性。。建立立數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型來來分分析析和和處處理理傳傳感感器器的的動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)響響應(yīng)應(yīng)。。線性性系系統(tǒng)統(tǒng)的的動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)響響應(yīng)應(yīng)，，廣廣泛泛使使用用的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型是是普普通通線線性性常常系系數(shù)數(shù)微微分分方方程程。。2.3常用用傳傳感感器器的的類類型型和和工工作作原原理理變換換原原理理：：電電阻阻式式、、電電容容式式、、差差動(dòng)動(dòng)變變壓壓器器式式、、光光電電式式等等。。被測(cè)測(cè)量量的的物物理理量量：：位位移移傳傳感感器器、、壓壓力力傳傳感感器器、、速速度度傳傳感感器器。。2.3.1差動(dòng)動(dòng)電電阻阻式式傳傳感感器器（卡卡爾爾遜遜式式儀儀器器））組成成：：兩兩根根彈彈性性鋼鋼絲絲作作為為傳傳感感元元件件，，一一根根受受拉拉，，一一根根受受壓壓。。鋼絲絲特特性性之之一一環(huán)境境變變量量變變化化，，鋼鋼絲絲電電阻阻值值反反向向變變化化，，兩兩個(gè)個(gè)元元件件的的電電阻阻值值比比值值，，測(cè)測(cè)出出物物理理量量的的數(shù)數(shù)值值。。當(dāng)鋼鋼絲絲受受到到拉拉力力作作用用而而產(chǎn)產(chǎn)生生彈彈性性變變形形，，其其變變形形與與電電阻阻變變化化之之間間關(guān)關(guān)系系：：鋼絲絲特特性性之之二二鋼絲絲電電阻阻隨隨其其溫溫度度變變化化之之間間的的近近似似線線性性關(guān)關(guān)系系：：工作作原原理理：：儀器器受受力力變變形形，，鋼鋼絲絲電電阻阻產(chǎn)產(chǎn)生生差差動(dòng)動(dòng)變變化化，，一一根根受受拉拉，，電電阻阻增增加加，，一一根根受受壓壓，，電電阻阻減減少少，，兩兩個(gè)個(gè)鋼鋼絲絲的的串串聯(lián)聯(lián)電電阻阻不不變變而而電電阻阻比比R1/R2發(fā)生變化化，得到到鋼絲電電阻比值值，就得得到儀器器的變形形或應(yīng)力力；溫度改變變時(shí)，鋼鋼絲電阻阻變化是是同方向向的，溫溫度升高高時(shí)，兩兩根鋼絲絲的電阻阻都減少少。獲得得鋼絲的的串聯(lián)電電阻，就就可求得得儀器測(cè)測(cè)點(diǎn)位置置的穩(wěn)定定。差動(dòng)式應(yīng)應(yīng)變計(jì)：：靈敏度較較高，性性能穩(wěn)定定，耐久久性好2.3.2鋼弦頻率率式傳感感器組成：一一根金屬屬絲弦（（高彈性性彈簧鋼鋼、馬氏氏不銹鋼鋼或鎢鋼鋼）工作原理理：利用用鋼弦的的自振頻頻率與鋼鋼弦所受受到的外外加張力力關(guān)系式式測(cè)各種種物理量量。鋼弦式儀儀器是根根據(jù)鋼弦弦張緊力力與諧振振頻率成成單值函函數(shù)關(guān)系系設(shè)計(jì)而而成的；；關(guān)系式式如下：：壓力盒計(jì)計(jì)算公式式鋼弦傳感感器的種種類鋼弦式應(yīng)應(yīng)變計(jì)、、鋼弦式式土壓力力盒、鋼鋼筋應(yīng)力力計(jì)等。。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單可靠，，傳感器器的設(shè)計(jì)計(jì)、制造造、安裝裝和調(diào)試試方便。。不受接觸觸電阻、、外界電電磁場(chǎng)影影響，性性能較穩(wěn)穩(wěn)定，耐耐久性能能好。2.4監(jiān)測(cè)儀器器的選擇擇和標(biāo)定定監(jiān)測(cè)儀器器和元件件的選擇擇巖土工程程監(jiān)測(cè)儀儀器的質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)儀器器的適用用范圍及及使用條條件儀器和傳傳感器的的標(biāo)定2.4.1監(jiān)測(cè)儀器器和元件件的選擇擇選取要求求：儀器器的技術(shù)術(shù)性能、、儀器埋埋設(shè)條件件、儀器器測(cè)讀的的方式和和儀器的的經(jīng)濟(jì)性性儀器技術(shù)術(shù)性能方方面儀器的可可靠性（（光學(xué)、機(jī)機(jī)械、電電子設(shè)備備等）儀器使用用壽命（（儀器工作作壽命大大于或等等于工程程使用年年限）儀器的堅(jiān)堅(jiān)固性和和可維護(hù)護(hù)性（容易標(biāo)定定、修復(fù)復(fù)或置換換）儀器的精精度（精度滿足足監(jiān)測(cè)數(shù)數(shù)據(jù)要求求即可）靈敏度和和量程（（高靈敏度度、大量量程）儀器埋設(shè)設(shè)條件方方面儀器選型型時(shí)，應(yīng)應(yīng)考慮其其埋設(shè)條條件（性能保證證下，選選擇易埋埋設(shè)）施工儀器器和埋設(shè)設(shè)條件不不同，選選擇不同同儀器。。儀器選擇擇經(jīng)濟(jì)方方面技術(shù)要求求滿足條條件下，，選擇最最經(jīng)濟(jì)的的（儀器購(gòu)置置、損耗耗及埋設(shè)設(shè)費(fèi)用）儀器測(cè)讀讀方式方方面根據(jù)測(cè)量量工作量量選擇不不同的測(cè)測(cè)讀方式式的儀器器對(duì)于能形形成監(jiān)測(cè)測(cè)網(wǎng)并能能聯(lián)網(wǎng)監(jiān)監(jiān)測(cè)的工工程，儀儀器選型型時(shí)應(yīng)根根據(jù)監(jiān)測(cè)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)一的測(cè)測(cè)讀方式式選擇儀儀器2.4.2巖土工程程監(jiān)測(cè)儀儀器的質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)可靠性和和穩(wěn)定性性儀器在設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)定定的運(yùn)行行條件和和運(yùn)行時(shí)時(shí)間內(nèi)，，檢測(cè)元元件、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換裝置置和測(cè)讀讀儀器、、儀表保保持原有有技術(shù)性性能的程程度。準(zhǔn)確度和和精度準(zhǔn)確度：：測(cè)量結(jié)結(jié)果與真真值偏離離的程度度，系統(tǒng)統(tǒng)誤差的的大小是是準(zhǔn)確度度的標(biāo)志志。精度：：在相相同條條件下下測(cè)量量同一一個(gè)量量所得得結(jié)果果重復(fù)復(fù)一致致的程程度。。靈敏度度和分分辨力力靈敏度度：輸輸入量量（被被測(cè)信信號(hào)））與輸輸出量量的比比值分辨力力：靈靈敏度度的倒倒數(shù)，，靈敏敏度越越高，，分辨辨力越越強(qiáng)，，傳感感器檢檢測(cè)出出的輸輸入量量變化化越小小。2.4.3監(jiān)測(cè)儀儀器的的適用用范圍圍及使使用條條件變形觀觀測(cè)儀儀器經(jīng)緯儀儀、水水準(zhǔn)儀儀、全全站儀儀、電電子測(cè)測(cè)距儀儀或激激光準(zhǔn)準(zhǔn)直儀儀。位移計(jì)計(jì)、測(cè)測(cè)縫計(jì)計(jì)、傾傾斜儀儀、沉沉降儀儀、垂垂線坐坐標(biāo)儀儀、多多點(diǎn)位位移計(jì)計(jì)和應(yīng)應(yīng)變計(jì)計(jì)等壓力（（應(yīng)力力）觀觀測(cè)儀儀器土壓力力計(jì)、、孔隙隙壓力力計(jì)、、鋼筋筋內(nèi)力力計(jì)等等其他觀觀測(cè)儀儀器溫度計(jì)計(jì)、速速度計(jì)計(jì)、加加速度度計(jì)、、動(dòng)水水壓力力計(jì)等等2.4.4儀器和和傳感感器的的標(biāo)定定標(biāo)定：：利用精精度高高一級(jí)級(jí)的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)器器具對(duì)對(duì)傳感感器進(jìn)進(jìn)行定定度的的過程程，從從而確確定其其輸出出量與與輸入入量之之間的的對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)系