變形監(jiān)測方法及方案設(shè)計(jì)

[教學(xué)目目的]：使學(xué)學(xué)生了了解和和掌握握變形形觀測測技術(shù)術(shù)方法及及變形形觀測測方案案的設(shè)設(shè)計(jì).[教學(xué)重重點(diǎn)]：1.變形觀觀測方方法2.變形觀觀測方方案的的設(shè)計(jì)計(jì).[教學(xué)方方法]：講授授第一章章、變變形監(jiān)監(jiān)測§1.1變形監(jiān)監(jiān)測技技術(shù)一、變變形監(jiān)監(jiān)測的的定義義及意意義變形監(jiān)監(jiān)測是是對(duì)被被監(jiān)視視的對(duì)對(duì)象（（變形形體））進(jìn)行行測量量以確確定其其空間位位置隨隨時(shí)間間的變變化特特征。。為變形形分析析和預(yù)預(yù)報(bào)提提供基基礎(chǔ)數(shù)數(shù)據(jù)。。變形體體：工工程建建筑物物、技技術(shù)設(shè)設(shè)備以以及其其他自自然或或人工工對(duì)象象。如：古古塔與與電視視塔、、橋梁梁與隧隧道、、船閘閘與大大壩、、大型天天線、、車船船與飛飛機(jī)、、油罐罐與貯貯礦倉倉、崩滑體體與泥泥石流流、采采空區(qū)區(qū)與高高邊坡坡、城市與與灌溉溉沉降降區(qū).變形觀觀測意意義：：對(duì)于工程建建筑物：為為改善建筑筑物理參數(shù)數(shù)、地基強(qiáng)強(qiáng)度參數(shù)提提供依據(jù)，，防止工程程破壞事故故，提高抗抗災(zāi)能力。。機(jī)械技術(shù)設(shè)設(shè)備：保證證設(shè)備安全全、可靠、、高效地運(yùn)運(yùn)行，為改改善產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量和新產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提提供技術(shù)依依據(jù).滑坡：通過過監(jiān)測其隨隨時(shí)間變化化過程，可可進(jìn)一步研研究引起滑滑坡的成因因，預(yù)報(bào)大大的滑坡災(zāi)災(zāi)害。礦山：可采采用控制開開挖量和加加固等方法法，避免危危險(xiǎn)性變形形的發(fā)生，，同時(shí)可改改進(jìn)變形預(yù)預(yù)報(bào)模型。。地殼構(gòu)造運(yùn)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測。。二、變形觀觀測方法（一）常規(guī)的的大地測量量方法指用常規(guī)的的經(jīng)典或現(xiàn)現(xiàn)代的大地地測量儀器器測量方向向、角度、、邊長和高高差等量所所采用的方方法的總稱稱。儀器：光學(xué)學(xué)經(jīng)緯儀、、水準(zhǔn)儀、、電子經(jīng)緯緯儀、水準(zhǔn)準(zhǔn)儀、測距距儀、全站站儀、GPS等.特點(diǎn)：1.能提供變形形體整體的的變形狀態(tài)態(tài)；2.觀測量通過過組網(wǎng)線可可進(jìn)行測量量成果的校校核和精度度的評(píng)定；；3.靈活性大，，能適用于于不同的精精度要求、、不同形式式的變形和和不同的外外界條件.缺點(diǎn)：外業(yè)業(yè)工作量大大，作業(yè)時(shí)時(shí)間長，不不易實(shí)現(xiàn)連連續(xù)監(jiān)測和和測量過程程自動(dòng)化.沉降：幾何何水準(zhǔn)測量量（H）位移：一維維水平位移移（X或Y）二維維水水平平位位移移（（XY）傾斜斜：：i撓度度一維維水水平平位位移移：：①測測小小角角法法②活活動(dòng)動(dòng)覘覘牌牌法法③控控制制線線法法④激激光光經(jīng)經(jīng)緯緯儀儀準(zhǔn)準(zhǔn)直直和和波波帶帶板板激激光光準(zhǔn)準(zhǔn)直直法法激光光點(diǎn)點(diǎn)光光源源、、波波帶帶板板裝裝置置、、光光電電探探測測器器⑤引引張張線線法法三測測回回平平均均值值中中誤誤差差0.03mm二維維水水平平位位移移：：①極極坐坐標(biāo)標(biāo)法法②導(dǎo)導(dǎo)線線法法③前前方方交交會(huì)會(huì)法法④單單三三角角形形⑤GPS10-6CMPU雙頻頻監(jiān)監(jiān)測測器器雙頻頻監(jiān)監(jiān)測測器器雙頻頻監(jiān)監(jiān)測測器器參參考考點(diǎn)點(diǎn)單頻頻監(jiān)監(jiān)測測器器GPS連續(xù)續(xù)監(jiān)監(jiān)測測系系統(tǒng)統(tǒng)框框圖圖撓度度：：在在建建筑筑物物的垂直直面內(nèi)各各不不同同高高程程點(diǎn)點(diǎn)相相對(duì)于于底底點(diǎn)點(diǎn)的的水水平平位位移稱稱為為撓撓度度。。美國國紐紐約約‘‘帝帝國國大大廈廈’’高高102層，，在在風(fēng)風(fēng)荷荷載載作作用用下下，，最最大大擺擺動(dòng)動(dòng)達(dá)達(dá)7.6cm.可由由觀觀測測不不同同高高度度處處的的傾傾斜斜換換算算而而得得。。（二二））特特殊殊的的大大地地測測量量方方法法特點(diǎn)點(diǎn)：：①①測測量量過過程程簡簡單單②容容易易實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)自自動(dòng)動(dòng)化化觀觀測測和和連連續(xù)續(xù)觀觀測測③提提供供的的是是局局部部的的變變形形信信息息1、沉沉降降測測量量：：液液體體靜靜力力水水準(zhǔn)準(zhǔn)測測量量法法①②當(dāng)液液面面高高度度發(fā)發(fā)生生變變化化時(shí)時(shí)，，浮浮子子帶帶著著鐵鐵心心升升降降，，由由于于鐵鐵心心相相對(duì)對(duì)于于電電感感線線圈圈的的上上下下移移動(dòng)動(dòng)，，使使線線圈圈上上的的電電感感發(fā)發(fā)生生變變化化，，用用導(dǎo)導(dǎo)線線連連接接到到離離觀觀測測點(diǎn)點(diǎn)一一定定距距離離的的觀觀測測室室內(nèi)內(nèi)，，再再用用專專門門的的電電橋橋?qū)㈦婋姼懈辛苛康牡淖冏兓婋妷簤鹤冏兓?，，遙遙測測儀儀器器通通過過量量測測電電壓壓的的變變化化，，便便知知鐵鐵心心的的升升降降量量，，亦亦即即為為容容器器液液面面高度度的變變化化量量。。2、應(yīng)變測量：：設(shè)兩點(diǎn)間距距離為,第二周期測量量時(shí)距離變化化了那么為為兩點(diǎn)間平均均線應(yīng)變.當(dāng)與變形形體尺寸比很小小時(shí)，則看看成為為點(diǎn)應(yīng)變.測有有機(jī)械法：用因瓦絲、、石英棒等作作為長度的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn).長度的變化用機(jī)機(jī)械—電子傳感器測測量；精度：幾十個(gè)個(gè)微米干涉法：激光干涉法法可測到幾百百米，甚至幾幾千米.精度：10-7真空中：4X10-10應(yīng)變傳感器實(shí)實(shí)質(zhì)為——導(dǎo)體（金屬條條或很窄的箔箔條）做法：埋設(shè)在在變形體中，，由于變形體體中的應(yīng)變使得導(dǎo)體伸伸長或縮短，，從而改變了了導(dǎo)體的電阻.電阻變化用電電橋測量，通通過測量電阻的的變化就可以以計(jì)算應(yīng)變.測距離變化求求應(yīng)變應(yīng)變傳感器3、準(zhǔn)直測量：激激光在大氣中精度度：10-5~10-6在真空中精度度：10-7~10-8方向性強(qiáng)，直直接準(zhǔn)直如如：激光經(jīng)經(jīng)緯儀準(zhǔn)直激光準(zhǔn)直單色性好，衍衍射準(zhǔn)直如如：波帶極極激光準(zhǔn)直尼龍絲準(zhǔn)直：：尼龍絲直徑徑0.3mm，施加1.5kg拉力系統(tǒng)包括：尼尼龍絲拉緊裝裝置和一個(gè)對(duì)對(duì)中的讀數(shù)顯顯微鏡原理：如果逐次觀測測三個(gè)點(diǎn)的偏偏離值，每次次推進(jìn)一個(gè)點(diǎn)點(diǎn)，兩個(gè)點(diǎn)重重疊起連接作作用，這樣可可按連接支導(dǎo)導(dǎo)線計(jì)算導(dǎo)線線各中間點(diǎn)相相對(duì)于閉合邊邊的偏離值。。尼龍繩準(zhǔn)直測測量的精度分分析連接支導(dǎo)線中中點(diǎn)（最弱點(diǎn)點(diǎn)）的準(zhǔn)直精精度可用下式式估算：尼龍繩準(zhǔn)直的的精度受①觀觀測儀器誤差差②讀數(shù)誤差差影響③氣流流的影響鋼絲準(zhǔn)直：引引張線，直徑徑1mm，10~50kg拉力拉緊鋼絲絲.裝置：端點(diǎn)，，觀測點(diǎn)，鋼鋼絲和保護(hù)管管.設(shè)置浮托裝置置三測回觀測平平均值精度：：0.1~0.3mm垂直測量：光學(xué)垂準(zhǔn)儀激光鉛直儀：：可用于測定定高層建筑物物的擺動(dòng).機(jī)械法垂直直準(zhǔn)直：正正垂倒垂：還可可用作變形形觀測的基基準(zhǔn)點(diǎn)。偏離值可通通過垂線坐坐標(biāo)儀測得得。傾斜：電子子傾斜儀1.擺式傾斜儀儀利用可變電電感的原理理制成的，具有：①靈敏度高高②讀數(shù)方便便③調(diào)整范圍圍寬2.氣泡式傾斜斜儀我國制造的的氣泡式傾傾斜儀2°觀測范圍1°如應(yīng)用于設(shè)設(shè)備基礎(chǔ)平平臺(tái)的傾斜斜觀測。3.差動(dòng)電容式式電子水準(zhǔn)準(zhǔn)器工作原理：：當(dāng)玻璃管管水準(zhǔn)器傾傾斜時(shí)，氣氣泡向旁邊邊偏離x，使C1C2中介質(zhì)的介介電常數(shù)發(fā)發(fā)生變化，，引起橋路路兩臂的電電抗發(fā)生變變化，因而而橋路失去去平衡，可可用測量裝裝置將其記記錄下來。。這種電子子水準(zhǔn)器可可固定地安安置在建筑筑物或設(shè)備備的適當(dāng)位位置，就能能自動(dòng)地進(jìn)進(jìn)行傾斜觀觀測。適用用于作動(dòng)態(tài)態(tài)觀測，形成差動(dòng)電電容裝置高頻交流電電壓C1C2構(gòu)成橋路兩兩臂Z1Z2為阻抗R載為負(fù)載電阻阻（三）攝影影測量方法法1.應(yīng)用：地面攝影測測量方法越越來越廣泛泛用于大型型工程建筑筑物的變形形觀測。大型的工程程建筑物：：混凝土大大壩、檔土土墻、高層層建筑物等等?？罩袛z影測測量也有用用于較大范范圍的地面面變形測量量。如：測定由由于地下采采礦而引起起的地表移移動(dòng).由于火山噴噴發(fā)而致的的環(huán)境變化化……2.優(yōu)點(diǎn)：①可同時(shí)測測定變形體體的任何變變形②提供完全全和瞬時(shí)的的三維空間間信息③大量減少少野外的測測量工作量量④可以不需需要接觸被被測物體⑤有了攝影影底片，可可以觀測到到變形體以以前的狀態(tài)態(tài)。3.原理：有基基于固定攝攝站得時(shí)間間基線法：：測二維維變形有立體攝影影測量方法法：測三維維變形固定攝站的的時(shí)間基線線法原理：：原理：精度：參考點(diǎn)使用用：設(shè)內(nèi)外外方位元素素不變，第第2次攝影時(shí)像點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)為x’，z’；內(nèi)外方位元元素變化，，像點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)測得為設(shè)n個(gè)控制點(diǎn)列列誤差方程程可解算系數(shù)數(shù)地面立體攝攝影測量的的解析處理理方法有：：1.空間前方交交會(huì)法2.空間后交—前交法3.嚴(yán)密解法4.直接線性變變換法左像片右像片坐標(biāo)儀量測測的坐標(biāo)值值像片坐標(biāo)像方空間坐坐標(biāo)當(dāng)DLT系數(shù)已知：：對(duì)一個(gè)時(shí)時(shí)X列4個(gè)誤差方程程可解出三三維坐標(biāo)當(dāng)DLT系數(shù)未知：：需布至少少6個(gè)控制點(diǎn)，，X解算出DLT系數(shù)再求XX坐標(biāo).§1.2變形監(jiān)測方方案變形監(jiān)測方方案的制定定影響到：：觀測的成成本成果的精度度和可靠性性變形監(jiān)測方方案的制定定包括以下下幾個(gè)方面面：①變形觀測測的精度②變形觀測測的周期③變形觀測測的內(nèi)容④變形觀測測的方法（（監(jiān)測網(wǎng)布布置、觀測測點(diǎn)布置………）⑤變形觀測測的成本一、變形觀觀測的精度度確定典型精度1mm或相對(duì)精度度為10-6，制定變形觀觀測的精度度取決于變變形的大小小、速率、、儀器和方法所能達(dá)達(dá)到的實(shí)際際精度，以以及觀測目目的等。一般：變形目的是是安全監(jiān)測：觀測誤差差<(1/10~1/20)允許變形值值變形目的是是研究變形形過程：以以最高的精精度進(jìn)行變變形觀測如：某建筑筑物為框架架結(jié)構(gòu)，基基礎(chǔ)土層為為高壓縮土土，相鄰兩兩沉降觀測點(diǎn)的的距離，兩點(diǎn)差異異沉降量的的允許值為為δ=0.003l=0.003×8=24mm兩點(diǎn)差異沉沉降量的觀觀測中誤差差取為m差異=1/10δ=2.4mm差異沉降量量是兩次高高差之差，，而高差又又是兩點(diǎn)高高程之差，，則任一測測點(diǎn)高程中中誤差為又如：某建建筑物高24m，允許傾斜斜值為：δδ=0.004Hg=96mm設(shè)傾斜是平平移和沉降降共同作用用，影響相相等，則允允許的平移移值為則：也和不同的的建筑物及及建筑物的的結(jié)構(gòu)、部部位等有關(guān)關(guān)。一般：對(duì)于于有連續(xù)生生產(chǎn)線的大大型車間（（鋼結(jié)構(gòu)，，鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)的的建筑物））m沉陷=2mmm高程H=1mm特種工程設(shè)設(shè)備m=0.1mm二、觀測的周期觀測內(nèi)容沉陷量/mm水平位移/mm巖基上的混凝土壩壓縮土上的混凝土壩土壩施工期間土壩運(yùn)營期間12105125~103~5大壩的要求求列于下表表：定量：一般當(dāng)時(shí)時(shí)，，認(rèn)為是有有變形，否否則為誤差差反映。定性：與荷荷載增加、、地基土質(zhì)質(zhì)、沉降變變形速度、、變形值大大小等有關(guān)。一般：施工工中，頻率率要大一些些，一般三三天，七天天，半月。?？⒐ね懂a(chǎn)：：頻率要小小一些，一一般一個(gè)月月、兩個(gè)月月、三個(gè)月、半半年、一年年等。觀測點(diǎn)穩(wěn)定定后，荷載載增加25％，每增加加15％，…………第1年4次，第2年2次，以后后每年1次。變形種類水庫蓄水前水庫蓄水水庫蓄水后2~3年正常運(yùn)營沉

陷混凝土壩

相對(duì)水平位移

絕對(duì)水平位移土石壩

沉陷、水平位移1個(gè)月半個(gè)月0.5~1個(gè)月1季度1個(gè)月1周1季度1個(gè)月3~6個(gè)月半個(gè)月1季度1季度半年1個(gè)月6~12個(gè)月半年大壩變形形觀測周周期：三、變形形觀測的的內(nèi)容根據(jù)不同同類建筑筑物及建建筑物的的不同部部位，甲甲方、乙乙方綜合合商定。。四、變形形觀測的的方法前面所講講的變形形監(jiān)測技技術(shù)，都都是根據(jù)據(jù)控制點(diǎn)點(diǎn)直接測測定變形形的方法法，在所所有的方方法中，，都首先先要進(jìn)行行變形監(jiān)監(jiān)測控制制網(wǎng)的布布設(shè)，然然后才能能以此為為基礎(chǔ)測測定變形形值?？刂凭W(wǎng)布布設(shè)：基準(zhǔn)點(diǎn)———工作作基點(diǎn)———觀測測點(diǎn)（目目標(biāo)點(diǎn)））①布置原原則：遠(yuǎn)離或深深埋近，有變變形建筑物上上，反應(yīng)應(yīng)建筑物物變形②標(biāo)志構(gòu)構(gòu)造形式式：如：地表表巖石標(biāo)標(biāo)考慮凍土土鉚釘深埋雙金金屬標(biāo)平峒巖石石標(biāo)爆擴(kuò)樁古樹根……③監(jiān)測網(wǎng)網(wǎng)坐標(biāo)系系和基準(zhǔn)準(zhǔn)的選擇擇：大地坐標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)：：當(dāng)變形形體的范范圍較大大且形狀狀不規(guī)則則時(shí)，可可選用該系統(tǒng)統(tǒng)好處：已已知系統(tǒng)統(tǒng)的歸化化和投影影改正公公式監(jiān)測網(wǎng)也也可得到到檢查確定：將將監(jiān)測網(wǎng)網(wǎng)與已有有的大地地網(wǎng)連測測或?qū)⒋蟠蟮乜刂浦凭W(wǎng)點(diǎn)直直接作為參考點(diǎn)點(diǎn)的方法法即可確確定一二三準(zhǔn)網(wǎng)網(wǎng)秩虧數(shù)分別為為1、3、6（測邊時(shí)時(shí)）↓↓1個(gè)已知點(diǎn)點(diǎn)2個(gè)已知點(diǎn)點(diǎn)基于監(jiān)測測體的坐坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)：適