第三章 變形觀測(cè)方法及變形觀測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)

1、第三章變形觀測(cè)方法及變形觀測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)為什么要進(jìn)行變形觀測(cè)：利用測(cè)量儀器與專用儀器和方法對(duì)變形體進(jìn)行測(cè)量以得到變形大小、范圍、時(shí)空分布規(guī)律，研究變形發(fā)生的原因、變形特征及其隨空間與時(shí)間的變化規(guī)律，以便預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，以避免或盡可能減少損失變形觀測(cè)的周期：變形觀測(cè)的周期取決于變形量的大小、變形特征、觀測(cè)精度要求、變形速度，而且與工程的規(guī)模、監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量、位置以及觀測(cè)一次所需時(shí)間的長短有關(guān)，通常情況下以能反應(yīng)出變形體變形規(guī)律、特征，又減少工作量和費(fèi)用為原則。變形觀測(cè)的精度：變形觀測(cè)的精度要求，取決于該工程建筑物預(yù)計(jì)的允許變形值的大小和進(jìn)行觀測(cè)的目的。如果觀測(cè)的目的是為了使變形值不超過某一允許的數(shù)值而確保建筑

2、物的安全，則其觀測(cè)的中誤差應(yīng)小于允許變形值的1/101/20變形觀測(cè)根據(jù)測(cè)量儀器和方法的不同，可以分為以下四類： 常規(guī)大地測(cè)量方法用常規(guī)的大地測(cè)量儀器測(cè)量方向、角度、邊長和高差等量所采用方法的總稱。主要優(yōu)點(diǎn)：能夠提供變形體的整體變形狀態(tài)；觀測(cè)量通過組成網(wǎng)的形式，便于進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的校核和精度的評(píng)定；靈活性大，能適用于不同的精度要求、不同形式的變形體和不同的外界條件。主要缺點(diǎn)：外業(yè)工作量大、作業(yè)時(shí)間長不易實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)和測(cè)量過程的自動(dòng)化（與空間測(cè)量比）監(jiān)測(cè)的范圍相對(duì)小。 空間測(cè)量方法包括甚長基線干涉測(cè)量、衛(wèi)星激光測(cè)距等 特殊測(cè)量方法包括準(zhǔn)直測(cè)量、傾斜儀、伸長儀、應(yīng)變應(yīng)力測(cè)量、靜力水準(zhǔn)測(cè)量 攝影及遙感

3、方法包括航空、地面攝影測(cè)量和InSAR技術(shù)變形觀測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)：平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)和沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)一、平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)平面監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)，可采用三角形網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、GPS網(wǎng)和視準(zhǔn)軸線等形式。當(dāng)采用視準(zhǔn)軸線時(shí)，軸線上或軸線兩端應(yīng)設(shè)立檢核點(diǎn)。變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)通常由三類點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)、工作點(diǎn)、變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)）、兩種等級(jí)（首級(jí)、次級(jí)）的網(wǎng)組成。變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)原則：（1）變形觀測(cè)網(wǎng)應(yīng)為獨(dú)立控制網(wǎng)，以避免起始數(shù)據(jù)誤差的影響（2）變形觀測(cè)控制點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在沉降范圍外，同時(shí)又不能將基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在網(wǎng)的邊緣（3）布網(wǎng)圖形的選擇變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用獨(dú)立網(wǎng)：由于在變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)分級(jí)布設(shè)中，首級(jí)網(wǎng)的起始數(shù)據(jù)誤差將引入次級(jí)網(wǎng)中，對(duì)于高精度變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)來說，含有起始數(shù)據(jù)誤差的變形監(jiān)測(cè)

4、網(wǎng)，即使監(jiān)測(cè)精度再高采取額平差方法再嚴(yán)密，由于起始誤差的影響，也不能達(dá)到預(yù)期的精度要求，因此變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)應(yīng)是獨(dú)立的控制網(wǎng)二、沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)一般布設(shè)為附合網(wǎng)或閉合水準(zhǔn)網(wǎng)，并按精密水準(zhǔn)測(cè)量的方法進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)布設(shè)原則：（1）布置成網(wǎng)狀，以便檢核；（2）至少有四個(gè)深埋的水準(zhǔn)基點(diǎn)作為起算點(diǎn)，應(yīng)布設(shè)在沉降影響范圍之外；（3）水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在通視、安全的地方，便于進(jìn)行聯(lián)測(cè)；（4）水準(zhǔn)點(diǎn)距離建筑物一般為20m40m；（5）觀測(cè)單獨(dú)建筑物時(shí)，至少應(yīng)布置3個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)占地面積大于5000m2或者高層建筑物，應(yīng)適當(dāng)增加水準(zhǔn)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；（6）當(dāng)設(shè)置水準(zhǔn)點(diǎn)處有基巖出露，可用水泥砂漿直接將水準(zhǔn)點(diǎn)澆灌在巖層中。一般水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)

5、埋設(shè)在凍土線以下0.5m，并不受工程影響的地區(qū)，墻上水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)埋在永久性建筑物上，離開地面高度0.5m左右；（7）基準(zhǔn)點(diǎn)與工作點(diǎn)應(yīng)聯(lián)結(jié)成網(wǎng)。變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置：（1）埋設(shè)在變形大的位置；（2）地基變化處；（3）新老建筑物交界處；（4）在振動(dòng)中心基礎(chǔ)上布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)；（5）觀測(cè)點(diǎn)一般設(shè)在室外地坪0.5m高處變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的目的： 不僅是求靜態(tài)的幾何參數(shù)（點(diǎn)位，方向和距離），更重要的是求解監(jiān)測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)參數(shù)（位移，速度等）； 變形在時(shí)空尺度上大都是微變量（毫米級(jí)或厘米級(jí)），其量級(jí)往往接近與現(xiàn)有大地測(cè)量觀測(cè)技術(shù)所能達(dá)到的最高精度量級(jí)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的特點(diǎn)： 精度咼、速度快 監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型不僅包含網(wǎng)的靜態(tài)幾何模型，

6、還包含動(dòng)態(tài)變形模型 需要有足夠的靈敏度與可區(qū)分性。要求對(duì)所要求定的動(dòng)態(tài)參數(shù)或發(fā)生的位移形變應(yīng)有足夠靈敏的反映，同時(shí)又能有效的將點(diǎn)的物理變形和觀測(cè)誤差加以區(qū)分 以一定的周期重復(fù)觀測(cè)，外業(yè)工作量大 經(jīng)濟(jì)性和高質(zhì)量優(yōu)化設(shè)計(jì)四類分類法： 零類優(yōu)化設(shè)計(jì)（或稱基準(zhǔn)設(shè)計(jì)）基準(zhǔn)包括大地坐標(biāo)系統(tǒng)和其數(shù)據(jù) 一類優(yōu)化設(shè)計(jì)（構(gòu)形問題）實(shí)際上是網(wǎng)形設(shè)計(jì) 二類優(yōu)化設(shè)計(jì)（觀測(cè)權(quán)分配問題）觀測(cè)方法和觀測(cè)精度設(shè)計(jì) 三類優(yōu)化設(shè)計(jì)（網(wǎng)的改進(jìn)和加密問題）網(wǎng)的進(jìn)一步優(yōu)化目前對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的質(zhì)量評(píng)價(jià)主要從網(wǎng)的精度、可靠性、靈敏度和費(fèi)用四個(gè)方面考慮大壩變形觀測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)（1）平面控制網(wǎng)大壩平面基準(zhǔn)控制網(wǎng)一般采用三角網(wǎng)，布設(shè)精度要求高布設(shè)原則： 具有

7、較好的圖形強(qiáng)度，從而有較好的設(shè)計(jì)矩陣 對(duì)平面控制基準(zhǔn)網(wǎng)采用邊角同測(cè)，使其具有充分的多余觀測(cè)數(shù)，能較好地反應(yīng)觀測(cè)粗差,以保證平面控制基準(zhǔn)網(wǎng)的準(zhǔn)確性 為確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移精度，平面控制基準(zhǔn)網(wǎng)必須具備優(yōu)于1mm的精度 平面控制基準(zhǔn)網(wǎng)的點(diǎn)位除選擇十分穩(wěn)定的基巖外，尚可考慮對(duì)近壩區(qū)巖體變形的監(jiān)測(cè)，故在大壩的上、下游各布設(shè)一對(duì)點(diǎn) 平面網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)全部建造混凝土觀測(cè)墩，并預(yù)埋強(qiáng)制對(duì)中歸心裝置 諸如大氣溫度梯度所引起的旁折光對(duì)測(cè)角的影響，以及超高壓電線形成的磁場(chǎng)對(duì)測(cè)距的影響，都應(yīng)予以考慮（2高程控制網(wǎng)一般采用水準(zhǔn)網(wǎng)和三角高程網(wǎng)，布設(shè)成閉合水準(zhǔn)或附和水準(zhǔn)，以便檢核例1設(shè)某建筑物高H=30m,基礎(chǔ)寬12m，設(shè)計(jì)時(shí)允許傾斜度a=4%。，試確定觀測(cè)建筑物安全時(shí)，沉降觀測(cè)的精度要求。解頂部允許偏移量：A容=aXH=4/1000X30X103=120mm容許誤差取容許偏移量的1/20，貝9:fA=l20X1/20=6mm取3倍中誤差為容許誤差時(shí)，則監(jiān)測(cè)中誤差：mA=±1/3X6=2mm當(dāng)利用測(cè)定基礎(chǔ)兩端的不均勻沉降量來計(jì)算傾斜度時(shí)，貝相對(duì)監(jiān)測(cè)沉降中誤差：m沉=D/HXmA=±12/30X2=±1mm例2某飯店為12層樓房，兩沉降點(diǎn)之間距離為L=8m，設(shè)差異沉降最大容許值§最大=2L/1000,試計(jì)算沉降觀測(cè)中誤差。解由題意知，§最大=2/