巖土工程監(jiān)測

巖土工程監(jiān)測丁萬濤主要內(nèi)容緒論測試技術(shù)基礎(chǔ)知識巖土的原位測試技術(shù)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(chǔ)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(shù)簡介巖土工程測試與檢測技術(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行的系統(tǒng)工作。巖土力學(xué)理論要變?yōu)楣こ态F(xiàn)實，需要相應(yīng)的測試手段。巖土工程設(shè)計、施工，試驗工作非常重要，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力學(xué)，試驗是土力學(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(shù)不僅在工程實踐中十分重要，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)測與檢測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(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營過程的認(rèn)識在理論和實踐上更加完善，便于總結(jié)工作經(jīng)驗和形成新的認(rèn)識。依據(jù)監(jiān)測結(jié)果，利用反演分析的方法，求出能使理論分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(shù)簡介巖土工程測試包括室內(nèi)土工試驗、巖體力學(xué)試驗、原位測試、原型試驗和現(xiàn)場監(jiān)測等。室內(nèi)土工試驗：觀測判別試驗、物理性質(zhì)試驗、化學(xué)性質(zhì)試驗和力學(xué)性質(zhì)試驗等。巖體力學(xué)試驗：常規(guī)力學(xué)指標(biāo)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(jié)構(gòu)、含水量及應(yīng)力狀態(tài)不變的條件下測定其基本物理力學(xué)性能。1.3.1原位測試獲取設(shè)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(zhì)；2、在原位應(yīng)力條件下試驗，避免采用過程中應(yīng)力釋放的影響；3、試驗的巖土體體積較大，代表性強；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(zhì)間的關(guān)系往往建立在統(tǒng)計關(guān)系上；3、影響原位測試成果的因素較為復(fù)雜（如周圍的應(yīng)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(zhǔn)確判定造成一定的困難；4、原位測試中的主應(yīng)力方向與實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原型試驗原型試驗以實際地下結(jié)構(gòu)物為對象在現(xiàn)場地質(zhì)條件下按設(shè)計荷載條件進行試驗，其試驗結(jié)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(jié)果和設(shè)計結(jié)果的正確性與可靠性。1.3.3現(xiàn)場場監(jiān)測以實際工程程作為對象象，在施工工期及工后后期對整個個巖土體和和地下結(jié)構(gòu)構(gòu)以及周圍圍環(huán)境，于于事先設(shè)定定的點位上上，按設(shè)定定的時間間間隔進行應(yīng)應(yīng)力和變形形現(xiàn)場觀測測。目的：1、檢驗巖巖土工程施施工質(zhì)量是是否滿足巖巖土工程設(shè)設(shè)計和有關(guān)關(guān)規(guī)程、規(guī)規(guī)范的要求求；2、指導(dǎo)巖巖土工程的的施工方法法、流程和和施工進度度，通過巖巖土工程監(jiān)監(jiān)測反饋分分析巖土工工程設(shè)計與與施工是否否合理，并并為后續(xù)設(shè)設(shè)計與施工工方案提供供優(yōu)化意見見；3、檢測巖巖土工程施施工對環(huán)境境的影響，，驗證巖土土工程施工工防護措施施的效果；；4、及時發(fā)發(fā)現(xiàn)和預(yù)報報巖土工程程施工過程程中所出現(xiàn)現(xiàn)的異常情情況、防止止巖土工程程施工事故故，保障巖巖土工程施施工安全；；5、提供定定量的巖土土工程質(zhì)量量事故鑒定定依據(jù)；6、為建（（構(gòu)）筑物物的竣工驗驗收提供所所需的監(jiān)測測資料。1.3.3現(xiàn)場場監(jiān)測現(xiàn)場監(jiān)測工工作的主要要內(nèi)容：1、對巖土土所受到的的施工作用用、各類荷荷載的大小小以及在這這些荷載作作用下巖土土反應(yīng)性狀狀的監(jiān)測；；2、對建設(shè)設(shè)中或運營營中結(jié)構(gòu)物物的監(jiān)測；；3、監(jiān)測巖巖土工程在在施工及運運營過程中中對周圍環(huán)環(huán)境的影響響。1.4巖巖土工程程測試與檢檢測技術(shù)的的現(xiàn)狀與展展望現(xiàn)狀：1、手段單單一2、結(jié)果缺缺乏合理的的解釋3、管理制制度不健全全4、人員培培訓(xùn)不及時時采取相應(yīng)措措施：1、建立健健全行業(yè)管管理制度，，提高工作作人員素質(zhì)質(zhì)2、增強對對從事巖土土工程工作作的單位考考核與管理理，提高人人員培訓(xùn)與與考核3、加強巖巖土工程各各個環(huán)節(jié)的的控制，增增強對檢測測、測試環(huán)環(huán)節(jié)的階段段驗收和最最終評判展望：1、取樣技技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化化2、新儀器器新方法的的開發(fā)3、工程地地球物理探探測4、現(xiàn)場測測試、室內(nèi)內(nèi)試驗、理理論預(yù)測和和數(shù)值反分分析及其再再預(yù)測的有有機結(jié)合與與循環(huán)第二章測測試技術(shù)術(shù)基礎(chǔ)知識識測試：信息息采集，獲獲取測試數(shù)數(shù)據(jù)；以確確定量值為為目的的一一系列操作作。測試系統(tǒng)：：傳感技術(shù)術(shù)的實體，，傳感器與與多臺儀表表的組合。。2.1.1測試試將測試值與與同種性質(zhì)質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量量進行比較較，確定被被測試值對對標(biāo)準(zhǔn)量的的倍數(shù)。2.1.2測試試系統(tǒng)測試系統(tǒng)：：傳感器與與測試儀表表、變換裝裝置等的有有機組合。。傳感器：感感受被測試試的大小并并輸出相對對應(yīng)的可用用輸出信號號的器件或或裝置。數(shù)據(jù)傳輸環(huán)環(huán)節(jié)：傳輸輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理環(huán)環(huán)節(jié)：信號號處理和變變換。數(shù)據(jù)顯示環(huán)環(huán)節(jié)：被測測試信息變變成人感官官能接受的的形式，以以完成監(jiān)視視、控制或或分析的目目的。2.2傳傳感器的的基本特性性傳感器：敏敏感元件、、轉(zhuǎn)換元件件和測試電電路。傳感器性能能評價：靜靜態(tài)特性和和動態(tài)特性性。靜態(tài)特性：：當(dāng)被測量量的各個值值處于穩(wěn)定定狀態(tài)時，，傳感器的的輸出值與與輸入值之之間的關(guān)系系數(shù)學(xué)表達達式、曲線線或數(shù)表。。動態(tài)特性：：當(dāng)被測量量值隨時間間變化時，，傳感器的的輸出值與與輸入值之之間關(guān)系的的數(shù)學(xué)表達達式、曲線線或數(shù)表。。2.2.1傳感感器的靜態(tài)態(tài)特性參數(shù)數(shù)指標(biāo)主要指標(biāo)：：靈敏度、、線性度（（直線度））和回程誤誤差（遲滯滯性）靈敏度（ＳＳ）：穩(wěn)態(tài)時傳感感器輸出量量Y和輸入量X之比，或輸輸出量Y的增量和輸輸入量X的增量之比比。線性度（非非線性誤差差）傳感器的輸輸出-輸入入校準(zhǔn)曲線線與理論擬擬合曲線之之間的最大大偏差與傳傳感器滿量量程輸出之之比。理想的傳感感器輸出與與輸入呈線線性關(guān)系。。線性度是是評價非線線性程度的的參數(shù)?；爻陶`差（（遲滯性））輸入逐漸增增加到某一一值與輸入入逐漸減小小到同一輸輸入值時的的輸出值不不相等，叫叫遲滯現(xiàn)象象。遲滯差：對對于同一輸輸入值所得得到的兩個個輸出值之之間的最大大差值hmax與量量程A的比比值的百分分率。分辨力：傳感器能能檢測到的的最小輸入入增量。在在輸入零點點附近的分分辨力稱為為閥值。測量范圍和和量程：在允許誤誤差限內(nèi)，，被測量值值的下限與與上限之間間的范圍。。重復(fù)性：傳感器在在同一條件件下，被測測輸入量按按同一方向向作全量程程連續(xù)多次次重復(fù)測量量時，所得得輸出-輸輸入曲線的的不一致程程度。零漂：傳感器在在無輸入或或輸入為另另一值時，，每隔一定定時間，其其輸出值偏偏離原始值值的最大偏偏差與滿量量程的百分分比。溫漂：溫度每升升高1度，，傳感器輸輸出值的最最大偏差與與滿量程的的百分比。。2.2.2傳感感器的動態(tài)態(tài)特性通常根據(jù)正正弦變化與與階躍變化化兩種標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)輸入來考考察傳感器器的響應(yīng)特特性。建立數(shù)學(xué)模模型來分析析和處理傳傳感器的動動態(tài)響應(yīng)。。線性系統(tǒng)的的動態(tài)響應(yīng)應(yīng)，廣泛使使用的數(shù)學(xué)學(xué)模型是普普通線性常常系數(shù)微分分方程。2.3常常用傳感感器的類型型和工作原原理變換原理：：電阻式、、電容式、、差動變壓壓器式、光光電式等。。被測量的物物理量：位位移傳感器器、壓力傳傳感器、速速度傳感器器。2.3.1差動動電阻式傳傳感器（卡爾遜式式儀器）組成：兩根根彈性鋼絲絲作為傳感感元件，一一根受拉，，一根受壓壓。鋼絲特性之之一環(huán)境變量變變化，鋼絲絲電阻值反反向變化，，兩個元件件的電阻值值比值，測測出物理量量的數(shù)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)生生差差動動變變化化，，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，，兩兩個個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)生生變變化化，，得得到到鋼鋼絲絲電電阻阻比比值值，，就就得得到到儀儀器器的的變變形形或或應(yīng)應(yīng)力力；；溫度度改改變變時時，，鋼鋼絲絲電電阻阻變變化化是是同同方方向向的的，，溫溫度度升升高高時時，，兩兩根根鋼鋼絲絲的的電電阻阻都都減減少少。。獲獲得得鋼鋼絲絲的的串串聯(lián)聯(lián)電電阻阻，，就就可可求求得得儀儀器器測測點點位位置置的的穩(wěn)穩(wěn)定定。。差動式應(yīng)應(yīng)變計：：靈敏度較較高，性性能穩(wěn)定定，耐久久性好2.3.2鋼鋼弦頻頻率式傳傳感器組成：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)計而而成的；；關(guān)系式式如下：：壓力盒計計算公式式鋼弦傳感感器的種種類鋼弦式應(yīng)應(yīng)變計、、鋼弦式式土壓力力盒、鋼鋼筋應(yīng)力力計等。。特點結(jié)構(gòu)簡單單可靠，，傳感器器的設(shè)計計、制造造、安裝裝和調(diào)試試方便。。不受接觸觸電阻、、外界電電磁場影影響，性性能較穩(wěn)穩(wěn)定，耐耐久性能能好。2.4監(jiān)監(jiān)測測儀器的的選擇和和標(biāo)定監(jiān)測儀器器和元件件的選擇擇巖土工程程監(jiān)測儀儀器的質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)監(jiān)測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)監(jiān)測儀儀器和元元件的選選擇選取要求求：儀器器的技術(shù)術(shù)性能、、儀器埋埋設(shè)條件件、儀器器測讀的的方式和和儀器的的經(jīng)濟性性儀器技術(shù)術(shù)性能方方面儀器的可可靠性（（光學(xué)、機機械、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）儀器的堅堅固性和和可維護護性（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，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)濟方方面技術(shù)要求求滿足條條件下，，選擇最最經(jīng)濟的的（儀器購置置、損耗耗及埋設(shè)設(shè)費用）儀器測讀讀方式方方面根據(jù)測量量工作量量選擇不不同的測測讀方式式的儀器器對于能形形成監(jiān)測測網(wǎng)并能能聯(lián)網(wǎng)監(jiān)監(jiān)測的工工程，儀儀器選型型時應(yīng)根根據(jù)監(jiān)測測系統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)一的測測讀方式式選擇儀儀器2.4.2巖巖土土工程程監(jiān)測測儀器器的質(zhì)質(zhì)量標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)可靠性性和穩(wěn)穩(wěn)定性性儀器在在設(shè)計計規(guī)定定的運運行條條件和和運行行時間間內(nèi)，，檢測測元件件、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換裝裝置和和測讀讀儀器器、儀儀表保保持原原有技技術(shù)性性能的的程度度。準(zhǔn)確度度和精精度準(zhǔn)確度度：測測量結(jié)結(jié)果與與真值值偏離離的程程度，，系統(tǒng)統(tǒng)誤差差的大大小是是準(zhǔn)確確度的的標(biāo)志志。精度：：在相相同條條件下下測量量同一一個量量所得得結(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（被被測信信號））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，，傳感感器檢檢測出出的輸輸入量量變化化越小小。2.4.3監(jiān)測測儀器器的適適用范范圍及及使用用條件件變形觀觀測儀儀器經(jīng)緯儀儀、水水準(zhǔn)儀儀、全全站儀儀、電電子測測距儀儀或激激光準(zhǔn)準(zhǔn)直儀儀。位移計計、測測縫計計、傾傾斜儀儀、沉沉降儀儀、垂垂線坐坐標(biāo)儀儀、多多點位位移計計和應(yīng)應(yīng)變計計等壓力（（應(yīng)力力）觀觀測儀儀器土壓力力計、、孔隙隙壓力力計、、鋼筋筋內(nèi)力力計等等其他觀觀測儀儀器溫度計計、速速度計計、加加速度度計、、動水水壓力力計等等2.4.4儀儀器器和傳傳感器器的標(biāo)標(biāo)定標(biāo)定：：利用精精度高高一級級的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)器器具對對傳感感器進進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應(yīng)應(yīng)關(guān)系系，同同時也也確定定不同同使用用條件件下的的誤差差關(guān)系系。標(biāo)定方方法：：利用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)設(shè)備產(chǎn)產(chǎn)生已已知““標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)”輸輸入量量，或或用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)傳傳感器器檢測測輸入入量的的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值，，輸入入待標(biāo)標(biāo)定的的傳感感器，，并將將傳感感器的的輸出出量與與輸入入標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)量相相比較較，獲獲得校校準(zhǔn)數(shù)數(shù)據(jù)和和輸入入輸出出