巖土工程監(jiān)測

巖土工程監(jiān)測測主要內(nèi)容緒論測試技術(shù)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識巖土的原位測測試技術(shù)基坑工程中的的巖土工程問問題監(jiān)測地下工程中的的巖土工程問問題監(jiān)測邊坡工程中的的巖土工程問問題監(jiān)測地基加固的檢檢驗(yàn)與檢測樁基礎(chǔ)的測試試與檢測第一章緒緒論本課程的目的的和意義本課程在巖土土工程中的地地位與作用巖土工程測試試、檢測及監(jiān)監(jiān)測技術(shù)簡介介巖土工程測試試與檢測技術(shù)術(shù)的現(xiàn)狀與展展望1.1本課程的目的的和意義巖土工程是利利用土力學(xué)、、巖體力學(xué)及及工程地質(zhì)學(xué)學(xué)的理論和方方法，為研究究各類土建工工程中涉及巖巖土體的利用用、整治和改改造問題而進(jìn)進(jìn)行的系統(tǒng)工工作。巖土力學(xué)理論論要變?yōu)楣こ坛态F(xiàn)實(shí)，需要要相應(yīng)的測試試手段。巖土工程設(shè)計(jì)計(jì)、施工，試試驗(yàn)工作非常常重要，它是是學(xué)科理論研研究與發(fā)展的的基礎(chǔ)。1.2本課程在巖土土工程中的地地位與作用巖土力學(xué)在一一定意義上講講就是一門試試驗(yàn)力學(xué)，試試驗(yàn)是土力學(xué)學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)礎(chǔ)。巖土體的復(fù)雜雜性使前期勘勘察與試驗(yàn)結(jié)結(jié)果存在著一一定的不確定定性，在巖土土工程施工過過程中還必須須通過現(xiàn)場監(jiān)監(jiān)測與檢測，，以確保巖土土工程的安全全性。巖土工程測試試技術(shù)不僅在在工程實(shí)踐中中十分重要，，而且在學(xué)科科理論的研究究與發(fā)展中也也起著決定性性作用。監(jiān)測與檢測的的重要性保證工程的施施工質(zhì)量和安安全，提高工工程效益。在巖土工程服服務(wù)于工程建建設(shè)的全過程程中，現(xiàn)場監(jiān)監(jiān)測與檢測是是一個(gè)重要的的環(huán)節(jié)，可以以使工程師們們對上部結(jié)構(gòu)構(gòu)與下部巖土土地基共同作作用的性狀及及施工和建筑筑物運(yùn)營過程程的認(rèn)識在理理論和實(shí)踐上上更加完善，，便于總結(jié)工工作經(jīng)驗(yàn)和形形成新的認(rèn)識識。依據(jù)監(jiān)測結(jié)果果，利用反演演分析的方法法，求出能使使理論分析與與實(shí)測基本一一致的工程參參數(shù)。1.3巖土工程測試試、檢測及監(jiān)監(jiān)測技術(shù)簡介介巖土工程測試試包括室內(nèi)土土工試驗(yàn)、巖巖體力學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)、原位測試試、原型試驗(yàn)驗(yàn)和現(xiàn)場監(jiān)測測等。室內(nèi)土工試驗(yàn)驗(yàn)：觀測判別別試驗(yàn)、物理理性質(zhì)試驗(yàn)、、化學(xué)性質(zhì)試試驗(yàn)和力學(xué)性性質(zhì)試驗(yàn)等。。巖體力學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)：常規(guī)力學(xué)學(xué)指標(biāo)和巖體體變形與破壞壞機(jī)理的分析析與研究。原位測試：基基本保持被測測試巖土體的的結(jié)構(gòu)、含水水量及應(yīng)力狀狀態(tài)不變的條條件下測定其其基本物理力力學(xué)性能。1.3.1原位測試獲取設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)的原位試驗(yàn)驗(yàn)；提供施工控制制和反演分析析參數(shù)的原位位檢測。優(yōu)點(diǎn)：1、避開取土樣樣困難，測定定難以采取不不擾動(dòng)試樣土土層的工程性性質(zhì)；2、在原位應(yīng)力力條件下試驗(yàn)驗(yàn)，避免采用用過程中應(yīng)力力釋放的影響響；3、試驗(yàn)的巖土土體體積較大大，代表性強(qiáng)強(qiáng)；4、工作效率較較高，可大大大縮短勘探試試驗(yàn)的周期。。1.3.1原位測試缺點(diǎn)1、各種原位測測試都有其針針對性和適用用條件；2、原位測試所所得參數(shù)與土土的工程性質(zhì)質(zhì)間的關(guān)系往往往建立在統(tǒng)統(tǒng)計(jì)關(guān)系上；；3、影響原位測測試成果的因因素較為復(fù)雜雜（如周圍的的應(yīng)力場、排排水條件和施施工過程對測測試環(huán)境的干干擾等），使使得對測定值值的準(zhǔn)確判定定造成一定的的困難；4、原位測試中中的主應(yīng)力方方向與實(shí)際巖巖土工程問題題中多變的主主應(yīng)力方向往往往并不一致致。1.3.2原型試驗(yàn)原型試驗(yàn)以實(shí)實(shí)際地下結(jié)構(gòu)構(gòu)物為對象在在現(xiàn)場地質(zhì)條條件下按設(shè)計(jì)計(jì)荷載條件進(jìn)進(jìn)行試驗(yàn)，其其試驗(yàn)結(jié)果具具有直觀、可可靠等優(yōu)點(diǎn)，，主要有樁基基試驗(yàn)、錨桿桿試驗(yàn)等；通過原型試驗(yàn)驗(yàn)可以進(jìn)一步步驗(yàn)證工程勘勘察結(jié)果和設(shè)設(shè)計(jì)結(jié)果的正正確性與可靠靠性。1.3.3現(xiàn)場監(jiān)測以實(shí)際工程作作為對象，在在施工期及工工后期對整個(gè)個(gè)巖土體和地地下結(jié)構(gòu)以及及周圍環(huán)境，，于事先設(shè)定定的點(diǎn)位上，，按設(shè)定的時(shí)時(shí)間間隔進(jìn)行行應(yīng)力和變形形現(xiàn)場觀測。。目的：1、檢驗(yàn)巖土工工程施工質(zhì)量量是否滿足巖巖土工程設(shè)計(jì)計(jì)和有關(guān)規(guī)程程、規(guī)范的要要求；2、指導(dǎo)巖土工工程的施工方方法、流程和和施工進(jìn)度，，通過巖土工工程監(jiān)測反饋饋分析巖土工工程設(shè)計(jì)與施施工是否合理理，并為后續(xù)續(xù)設(shè)計(jì)與施工工方案提供優(yōu)優(yōu)化意見；3、檢測巖土工工程施工對環(huán)環(huán)境的影響，，驗(yàn)證巖土工工程施工防護(hù)護(hù)措施的效果果；4、及時(shí)發(fā)現(xiàn)和和預(yù)報(bào)巖土工工程施工過程程中所出現(xiàn)的的異常情況、、防止巖土工工程施工事故故，保障巖土土工程施工安安全；5、提供定量的的巖土工程質(zhì)質(zhì)量事故鑒定定依據(jù)；6、為建（構(gòu)））筑物的竣工工驗(yàn)收提供所所需的監(jiān)測資資料。1.3.3現(xiàn)場監(jiān)測現(xiàn)場監(jiān)測工作作的主要內(nèi)容容：1、對巖土所受受到的施工作作用、各類荷荷載的大小以以及在這些荷荷載作用下巖巖土反應(yīng)性狀狀的監(jiān)測；2、對建設(shè)中或或運(yùn)營中結(jié)構(gòu)構(gòu)物的監(jiān)測；；3、監(jiān)測巖土工工程在施工及及運(yùn)營過程中中對周圍環(huán)境境的影響。1.4巖土工程測試試與檢測技術(shù)術(shù)的現(xiàn)狀與展展望現(xiàn)狀：1、手段單一2、結(jié)果缺乏合合理的解釋3、管理制度不不健全4、人員培訓(xùn)不不及時(shí)采取相應(yīng)措施施：1、建立健全行行業(yè)管理制度度，提高工作作人員素質(zhì)2、增強(qiáng)對從事事巖土工程工工作的單位考考核與管理，，提高人員培培訓(xùn)與考核3、加強(qiáng)巖土工工程各個(gè)環(huán)節(jié)節(jié)的控制，增增強(qiáng)對檢測、、測試環(huán)節(jié)的的階段驗(yàn)收和和最終評判展望：1、取樣技術(shù)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化2、新儀器新方方法的開發(fā)3、工程地球物物理探測4、現(xiàn)場測試、、室內(nèi)試驗(yàn)、、理論預(yù)測和和數(shù)值反分析析及其再預(yù)測測的有機(jī)結(jié)合合與循環(huán)第二章測測試技術(shù)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識測試：信息采采集，獲取測測試數(shù)據(jù)；以以確定量值為為目的的一系系列操作。測試系統(tǒng)：傳傳感技術(shù)的實(shí)實(shí)體，傳感器器與多臺儀表表的組合。2.1.1測試將測試值與同同種性質(zhì)的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比比較，確定被被測試值對標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)數(shù)。2.1.2測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)：傳傳感器與測試試儀表、變換換裝置等的有有機(jī)組合。傳感器：感受受被測試的大大小并輸出相相對應(yīng)的可用用輸出信號的的器件或裝置置。數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)節(jié)：傳輸數(shù)據(jù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)節(jié)：信號處理理和變換。數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)節(jié)：被測試信信息變成人感感官能接受的的形式，以完完成監(jiān)視、控控制或分析的的目的。2.2傳感器的基本本特性傳感器：敏感感元件、轉(zhuǎn)換換元件和測試試電路。傳感器性能評評價(jià)：靜態(tài)特特性和動(dòng)態(tài)特特性。靜態(tài)特性：：當(dāng)被測量量的各個(gè)值值處于穩(wěn)定定狀態(tài)時(shí)，，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(dá)達(dá)式、曲線線或數(shù)表。。動(dòng)態(tài)特性：：當(dāng)被測量量值隨時(shí)間間變化時(shí)，，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(dá)達(dá)式、曲線線或數(shù)表。。2.2.1傳感器的靜靜態(tài)特性參參數(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(shí)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-輸入校準(zhǔn)曲曲線與理論論擬合曲線線之間的最最大偏差與與傳感器滿滿量程輸出出之比。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(jià)非線線性程度的的參數(shù)。回程誤差（（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(shí)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(gè)個(gè)輸出值之之間的最大大差值hmax與量程A的比值的百百分率。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(diǎn)點(diǎn)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(shí)，所得得輸出-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(shí)，，每隔一定定時(shí)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，傳感器器輸出值的的最大偏差差與滿量程程的百分比比。2.2.2傳感器的動(dòng)動(dòng)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(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。。線性系統(tǒng)的的動(dòng)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常用傳感器器的類型和和工作原理理變換原理：：電阻式、、電容式、、差動(dòng)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(dòng)電阻式式傳感器（卡爾遜式式儀器）組成：兩鋼絲特性之一環(huán)境變量變化，鋼絲電阻值反向變化，兩個(gè)元件的電阻值比值，測出物理量的數(shù)值。當(dāng)鋼絲受到拉力作用而產(chǎn)生彈性變形，其變形與電阻變化之間關(guān)系：鋼絲特性之之二鋼絲電阻隨隨其溫度變變化之間的的近似線性性關(guān)系：工作原理：：儀器受力變變形，鋼絲絲電阻產(chǎn)生生差動(dòng)變化化，一根受受拉，電阻阻增加，一一根受壓，，電阻減少少，兩個(gè)鋼鋼絲的串聯(lián)聯(lián)電阻不變變而電阻比比R1/R2發(fā)生變化，，得到鋼絲絲電阻比值值，就得到到儀器的變變形或應(yīng)力力；溫度改變時(shí)時(shí)，鋼絲電電阻變化是是同方向的的，溫度升升高時(shí)，兩兩根鋼絲的的電阻都減減少。獲得得鋼絲的串串聯(lián)電阻，，就可求得得儀器測點(diǎn)點(diǎn)位置的穩(wěn)穩(wěn)定。差動(dòng)式應(yīng)變變計(jì)：靈敏度較高高，性能穩(wěn)穩(wěn)定，耐久久性好2.3.2鋼弦頻率式式傳感器組成：一根根金屬絲弦弦（高彈性性彈簧鋼、、馬氏不銹銹鋼或鎢鋼鋼）工作原理：：利用鋼弦弦的自振頻頻率與鋼弦弦所受到的的外加張力力關(guān)系式測測各種物理理量。鋼弦式儀器器是根據(jù)鋼鋼弦張緊力力與諧振頻頻率成單值值函數(shù)關(guān)系系設(shè)計(jì)而成成的；關(guān)系系式如下：：壓力盒計(jì)算算公式鋼弦傳感器器的種類鋼弦式應(yīng)變變計(jì)、鋼弦弦式土壓力力盒、鋼筋筋應(yīng)力計(jì)等等。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單可可靠，傳感感器的設(shè)計(jì)計(jì)、制造、、安裝和調(diào)調(diào)試方便。。不受接觸電電阻、外界界電磁場影影響，性能能較穩(wěn)定，，耐久性能能好。2.4監(jiān)測儀器的的選擇和標(biāo)標(biāo)定監(jiān)測儀器和和元件的選選擇巖土工程監(jiān)監(jiān)測儀器的的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)監(jiān)測儀器的的適用范圍圍及使用條條件儀器和傳感感器的標(biāo)定定2.4.1監(jiān)測儀器和和元件的選選擇選取要求：：儀器的技技術(shù)性能、、儀器埋設(shè)設(shè)條件、儀儀器測讀的的方式和儀儀器的經(jīng)濟(jì)濟(jì)性儀器技術(shù)性性能方面儀器的可靠靠性（光學(xué)、機(jī)械械、電子設(shè)設(shè)備等）儀器使用壽壽命（儀器工作壽壽命大于或或等于工程程使用年限限）儀器的堅(jiān)固固性和可維維護(hù)性（容易標(biāo)定、、修復(fù)或置置換）儀器的精度度（精度滿足監(jiān)監(jiān)測數(shù)據(jù)要要求即可）靈敏度和量量程（高靈敏度、、大量程）儀器埋設(shè)條條件方面儀器選型時(shí)時(shí)，應(yīng)考慮慮其埋設(shè)條條件（性能保證下下，選擇易易埋設(shè)）施工儀器和和埋設(shè)條件件不同，選選擇不同儀儀器。儀器選擇經(jīng)經(jīng)濟(jì)方面技術(shù)要求滿滿足條件下下，選擇最最經(jīng)濟(jì)的（（儀器購置、、損耗及埋埋設(shè)費(fèi)用）儀器測讀方方式方面根據(jù)測量工工作量選擇擇不同的測測讀方式的的儀器對于能形成成監(jiān)測網(wǎng)并并能聯(lián)網(wǎng)監(jiān)監(jiān)測的工程程，儀器選選型時(shí)應(yīng)根根據(jù)監(jiān)測系系統(tǒng)統(tǒng)一的的測讀方式式選擇儀器器2.4.2巖土工程監(jiān)監(jiān)測儀器的的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)可靠性和穩(wěn)穩(wěn)定性儀器在設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)定的運(yùn)運(yùn)行條件和和運(yùn)行時(shí)間間內(nèi)，檢測測元件、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換裝置和和測讀儀器器、儀表保保持原有技技術(shù)性能的的程度。準(zhǔn)確度和精精度準(zhǔn)確確度度：：測測量量結(jié)結(jié)果果與與真真值值偏偏離離的的程程度度，，系系統(tǒng)統(tǒng)誤誤差差的的大大小小是是準(zhǔn)準(zhǔn)確確度度的的標(biāo)標(biāo)志志。。精度度：：在在相相同同條條件件下下測測量量同同一一個(gè)個(gè)量量所所得得結(jié)結(jié)果果重重復(fù)復(fù)一一致致的的程程度度。。靈敏敏度度和和分分辨辨力力靈敏敏度度：：輸輸入入量量（（被被測測信信號號））與與輸輸出出量量的的比比值值分辨辨力力：：靈靈敏敏度度的的倒倒數(shù)數(shù)，，靈靈敏敏度度越越高高，，分分辨辨力力越越強(qiáng)強(qiáng)，，傳傳感感器器檢檢測測出出的的輸輸入入量量變變化化越越小小。。2.4.3監(jiān)測測儀儀器器的的適適用用范范圍圍及及使使用用條條件件變形形觀觀測測儀儀器器經(jīng)緯緯儀儀、、水水準(zhǔn)準(zhǔn)儀儀、、全全站站儀儀、、電電子子測測距距儀儀或或激激光光準(zhǔn)準(zhǔn)直直儀儀。。位移移計(jì)計(jì)、、測測縫縫計(jì)計(jì)、、傾傾斜斜儀儀、、沉沉降降儀儀、、垂垂線線坐坐標(biāo)標(biāo)儀儀、、多多點(diǎn)點(diǎn)位位移移計(jì)計(jì)和和應(yīng)應(yīng)變變計(jì)計(jì)等等壓力力（（應(yīng)應(yīng)力力））觀觀測測儀儀器器土壓壓力力計(jì)計(jì)、、孔孔隙隙壓壓力力計(jì)計(jì)、、鋼鋼筋筋內(nèi)內(nèi)力力計(jì)計(jì)等等其他他觀觀測測儀儀器器溫度度計(jì)計(jì)、、速速度度計(jì)計(jì)、、加加速速度度計(jì)計(jì)、、動(dòng)動(dòng)水水壓壓力力計(jì)計(jì)等等2.4.4儀器器和和傳傳感感器器的的標(biāo)標(biāo)定定標(biāo)定定：：利用用精精度度高高一一級級的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)器器具具對對傳傳感感器器進(jìn)進(jìn)行行定定度度的的過過程程，，從從而而確確定定其其輸輸出出量量與與輸輸入入量量之之間間的的對對應(yīng)應(yīng)關(guān)關(guān)系系，，同同時(shí)時(shí)也也確確定定不不同同使使用用條條件件下下的的誤誤差差關(guān)關(guān)系系。。標(biāo)定定方方法法：：利用用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)設(shè)設(shè)備備產(chǎn)產(chǎn)生生已已知知““標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)””輸輸入入量量，，或或用用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)傳傳感感器器檢檢測測輸輸入入量量的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值值，，輸輸入入待待標(biāo)標(biāo)定定的的傳傳感感器器，，并并將將傳傳感感器器的的輸輸出出量量與與輸輸入入標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)量量相相比比較較，，獲獲得得校校準(zhǔn)準(zhǔn)