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2007-3-271第十一章第十一章地下工程的测试监控技术地下工程的测试监控技术城市地下工程城市地下工程2007-3-272中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》第十一章第十一章地下工程的测试监控技术地下工程的测试监控技术第一节第一节概述概述((一一))地下工程测试地下工程测试监控技术的地位监控技术的地位(1)(1)地下工程结构体系是由地下工程结构体系是由周围地质体周围地质体和和支护结构支护结构构成的，目前的理论与技术水平对该体系所受荷构成的，目前的理论与技术水平对该体系所受荷载不是事先能给定的参数；载不是事先能给定的参数；(2)(2)地下工程受到地下工程受到周围围岩周围围岩的物理、力学等时间效的物理、力学等时间效应的影响；应的影响；支护结构支护结构参与工作的时间；参与工作的时间；(3)(3)地下工程既承受荷载，又造成荷载，这种地下工程既承受荷载，又造成荷载，这种三位三位((荷载、材料、承载单元荷载、材料、承载单元))一体一体的特征与地面工程的特征与地面工程是极其不同的是极其不同的..2007-3-273中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》((二二))测试与监控技术工作的主要任务测试与监控技术工作的主要任务(1)(1)对某具体工程进行观测和试验，对量测数据进对某具体工程进行观测和试验，对量测数据进行分析，评价围岩的行分析，评价围岩的稳定性稳定性和和地下结构地下结构的性能，的性能，为设计，施工提供资料为设计，施工提供资料;;(2)(2)通过量测为控制开挖与控制变形提供信息反馈通过量测为控制开挖与控制变形提供信息反馈和数据预报；和数据预报；(3)(3)通过科学通过科学监控监控和和信息反馈信息反馈，优化设计施工，使，优化设计施工，使地下设计施工的动态化，信息化管理成为现实；地下设计施工的动态化，信息化管理成为现实；(4)(4)为验证和发展地下工程的设计理论服务，为新为验证和发展地下工程的设计理论服务，为新的施工方法技术提供可靠的的施工方法技术提供可靠的实践资料和科学依实践资料和科学依据据，促进经济技术效益的提高，促进经济技术效益的提高..2007-3-274中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》((三三))测试、监控技术的内容测试、监控技术的内容地下结构测试与监控主要研究地层与结构之间相地下结构测试与监控主要研究地层与结构之间相互作用的规律互作用的规律，就其实验内容而言，除量测结构，就其实验内容而言，除量测结构的的变形变形，，挠度挠度，，应力应力等，还应量测地层给予结构等，还应量测地层给予结构的的主动压力主动压力((土压力土压力))。。2007-3-275中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》第二节第二节现场量测现场量测((一一))现场量测的作用现场量测的作用(1)(1)及时掌握及时掌握围岩变化围岩变化的动向和的动向和支护系统支护系统的受力情的受力情况为验证和修改设计提供信息；况为验证和修改设计提供信息；(2)(2)逐步修改初步设计，以适应逐步修改初步设计，以适应围岩围岩条件；条件；(3)(3)预计工程事故和安全报警；预计工程事故和安全报警；(4)(4)检验建筑物的检验建筑物的可靠性可靠性。。2007-3-276中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》((二二))现场量测内容现场量测内容(1)(1)岩土力学性能岩土力学性能的现场试验的现场试验;;(2)(2)施工期间洞内状态观测施工期间洞内状态观测;;(3)(3)断面变形断面变形量测量测;;(4)(4)围岩应变和位移量测围岩应变和位移量测;;(5)(5)支护系统和衬砌结构支护系统和衬砌结构受力情况量测受力情况量测;;(6)(6)地表沉陷量测地表沉陷量测;;(7)(7)地层弹性波速地层弹性波速测定测定;;2007-3-277中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》((三三))注意事项与要求注意事项与要求1.1.首先要作出首先要作出监控设计监控设计整体方案，考虑到经济效整体方案，考虑到经济效益益;;2.2.从施工监控和信息化设计角度出发，安排量测从施工监控和信息化设计角度出发，安排量测项目项目;;3.3.仪器布置要方便合理，减少干扰仪器布置要方便合理，减少干扰;;4.4.仪器有足够灵敏度和精度，抗干扰性强仪器有足够灵敏度和精度，抗干扰性强;;5.5.建立严格的建立严格的监测监测管理制度，具有一定理论水平管理制度，具有一定理论水平和丰富的实验经验和丰富的实验经验2007-3-278中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》((四四))地下洞室监测方法地下洞室监测方法地下洞室监测地下洞室监测的主要目的的主要目的是了解围岩的是了解围岩的稳定性稳定性及及支护作用支护作用状态。通常以位移监测，应力应变监测状态。通常以位移监测，应力应变监测应用最为广泛。应用最为广泛。(1)(1)量测规划量测规划(2)(2)位移量测点位移量测点的最好布置的最好布置(3)(3)位移监测位移监测(4)(4)应力应变监测应力应变监测2007-3-279中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》位移监测位移监测典型的位移量测断面布置如下图典型的位移量测断面布置如下图(1)(1)收敛量测收敛量测(2)(2)钻孔多点位移计量器钻孔多点位移计量器2007-3-2710中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》收敛监测仪器收敛监测仪器2007-3-2711中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》应力应变监测应力应变监测所布置的量测仪器有如下几种：所布置的量测仪器有如下几种：(1)(1)在在围岩与衬砌接触面围岩与衬砌接触面处埋设压力盒，量测接触处埋设压力盒，量测接触应力；应力；(2)(2)在锚杆上或受力钢筋上串联焊接在锚杆上或受力钢筋上串联焊接锚杆应力计锚杆应力计或或钢筋计，量测锚杆或钢筋的受力情况及支护效钢筋计，量测锚杆或钢筋的受力情况及支护效果。果。(3)(3)在衬砌内部埋设在衬砌内部埋设水银液压应力计水银液压应力计，元件沿径向，元件沿径向布置，地支护可靠性进行判断；布置，地支护可靠性进行判断；(4)(4)钢架支撑上贴钢架支撑上贴电阻应变片电阻应变片，量测金属支架受力，量测金属支架受力情况。情况。2007-3-2712中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》地铁管片螺栓内力监测地铁管片螺栓内力监测2007-3-2713中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》((五五))现场量测资料的分析整理现场量测资料的分析整理现场量测资料现场量测资料存在一定存在一定离散性离散性和和误差误差，对量，对量测测((监测监测))资料必须进行资料必须进行误差分析误差分析、、回归分析回归分析和和归归纳整理纳整理，找出所测数据资料的内部规律。以便提，找出所测数据资料的内部规律。以便提供反馈和应用。供反馈和应用。仍以位移量测数据处理为例，余项整理类仍以位移量测数据处理为例，余项整理类似。似。2007-3-2714中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》((六六))反分析法概念反分析法概念反分析的方法，基本上可以分为二类反分析的方法，基本上可以分为二类：：直接逼近法和逆过程法直接逼近法和逆过程法。。直接逼近法直接逼近法是建立在是建立在迭代过程迭代过程基础上的，通基础上的，通过迭代过程利用最小误差函数逐次修正未知函数过迭代过程利用最小误差函数逐次修正未知函数的试算值，直至逼近最终解。但计算起来很费时的试算值，直至逼近最终解。但计算起来很费时间。间。逆过程法逆过程法则采用同所谓则采用同所谓““正分析正分析””相反的计算过相反的计算过程来求解。程来求解。2007-3-2715中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》第三节第三节模型试验模型试验模型实验模型实验((或称模拟研究或称模拟研究))是以是以相似理论相似理论为基础，为基础，建立模型，通过模型实验得到某些量与量间的规建立模型，通过模型实验得到某些量与量间的规律，然后再将所获得的规律推广到与之相似的同律，然后再将所获得的规律推广到与之相似的同类类((或异类或异类))现象的实际对象中去应用的一项科学现象的实际对象中去应用的一项科学技术。技术。现在模拟试验技术可以分为现在模拟试验技术可以分为：：物理模拟物理模拟((也称也称““同同类模拟类模拟””))、、数学模拟数学模拟((也称也称““异类模拟异类模拟””))、、计算机模计算机模拟拟((也称也称““数值模拟数值模拟””))、、信息模拟信息模拟((也称也称““功能模拟功能模拟””))2007-3-2716中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》一、相似理论基础一、相似理论基础相似理论相似理论是说明自然界和工程中各种相似现象相是说明自然界和工程中各种相似现象相似性质与相似规律的理论，它的理论基础是关于似性质与相似规律的理论，它的理论基础是关于相似的相似的三个定理三个定理。。((一一))相似三定理相似三定理((二二))相似准则的导出及相似准则的判断相似准则的导出及相似准则的判断2007-3-2717中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》1.1.相似第一定理相似第一定理相似第一定理相似第一定理可表述为：可表述为：““对相似的现象，其相似对相似的现象，其相似指标等于指标等于11。。””或表述为或表述为““相似现象其相似准则的数相似现象其相似准则的数值相同。值相同。””这一定理不仅是对相似现象这一定理不仅是对相似现象相似性质相似性质的一种说的一种说明，也是相似现象的明，也是相似现象的必然结果必然结果。。2007-3-2718中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》相似现象具备如下相似性质相似现象具备如下相似性质(1)(1)相似现象相似现象，能为文字上完全相同的方程组或函，能为文字上完全相同的方程组或函数式所描述数式所描述;;(2)(2)两个体系两个体系((原型与模型原型与模型))相似，则表征这两个体相似，则表征这两个体系的一切物理量在空间和时间相对应的各点系的一切物理量在空间和时间相对应的各点;;(3)(3)相似现象相似现象，各相似常数值不能任意选择，要受，各相似常数值不能任意选择，要受其相似指标其相似指标y(C)y(C)＝＝11的约束的约束;;(4)(4)体系相似，则相似准则为定数，这是相似必须体系相似，则相似准则为定数，这是相似必须具备的条件。具备的条件。2007-3-2719中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》2.2.相似第二定理相似第二定理相似第二定理认为相似第二定理认为：：““约束两相似现象的基本物理约束两相似现象的基本物理方程可以用方程可以用量纲分析量纲分析的方法转换成用相似准则型的方法转换成用相似准则型式表达的方程，两个相似系统的方程必须相同式表达的方程，两个相似系统的方程必须相同””相似第二定理相似第二定理，仍然是说明相似现象的相似性质，仍然是说明相似现象的相似性质的，它告诉我们的，它告诉我们:(1):(1)任何一个现象的函数式都可以任何一个现象的函数式都可以用准则方程的形式来表示；用准则方程的形式来表示；(2)(2)转换来的准则方程转换来的准则方程其准则数有其准则数有(n(n----k)k)个；个；(3)(3)准则准则((ππ))是无因次的是无因次的综合综合数群数群。。2007-3-2720中国矿业大学（北京）“211工程”重点建设课程－《城市地下工程》3.3.相似第三定理相似第三定理((逆定理