第一章、变形监测报告

[教学目的]：使学生了解和掌握变形观测技术方法及变形观测方案的设计.[教学重点]：1.变形观测方法2.变形观测方案的设计.[教学方法]：讲授第一章、变形监测§1.1变形监测技术一、变形监测的定义及意义变形监测是对被监视的对象（变形体）进行测量以确定其空间位置随时间的变化特征。为变形分析和预报提供基础数据。变形体：工程建筑物、技术设备以及其他自然或人工对象。如：古塔与电视塔、桥梁与隧道、船闸与大坝、大型天线、车船与飞机、油罐与贮矿仓、崩滑体与泥石流、采空区与高边坡、城市与灌溉沉降区.变形观测意义：对于工程建筑物：为改善建筑物理参数、地基强度参数提供依据，防止工程破坏事故，提高抗灾能力。机械技术设备：保证设备安全、可靠、高效地运行，为改善产品质量和新产品设计提供技术依据.滑坡：通过监测其随时间变化过程，可进一步研究引起滑坡的成因，预报大的滑坡灾害。矿山：可采用控制开挖量和加固等方法，避免危险性变形的发生，同时可改进变形预报模型。地壳构造运动监测。二、变形观测方法（一）常规的大地测量方法指用常规的经典或现代的大地测量仪器测量方向、角度、边长和高差等量所采用的方法的总称。仪器：光学经纬仪、水准仪、电子经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪、GPS等.特点：1.能提供变形体整体的变形状态；2.观测量通过组网线可进行测量成果的校核和精度的评定；3.灵活性大，能适用于不同的精度要求、不同形式的变形和不同的外界条件.缺点：外业工作量大，作业时间长，不易实现连续监测和测量过程自动化.沉降：几何水准测量（H）位移：一维水平位移（X或Y）二维水平位移（XY）倾斜：i挠度一维水平位移：①测小角法②活动觇牌法③控制线法llSmmSPlABS0lll0lll0lPlSABabsincoslablSabmmS④激光经纬仪准直和波带板激光准直法激光点光源、波带板装置、光电探测器⑤引张线法三测回平均值中误差0.03mmlSABLBSlBBLAB12n……二维水平位移：①极坐标法②导线法③前方交会法④单三角形⑤GPS10-6CMPU双频监测器双频监测器双频监测器参考点单频监测器GPS连续监测系统框图SlBH倾斜：i=tan=22221211222212=(),2314()226758()22SBllxyaaSlSllll①测基础相对沉陷计算倾斜i水准方法测不均匀沉陷②悬吊垂球测以求倾斜③两台经纬仪交会=④测水平角法21=arctanllHBSlAB1a2aa1S2S挠度：在建筑物的垂直面内各不同高程点相对于底点的水平位移称为挠度。美国纽约‘帝国大厦’高102层，在风荷载作用下，最大摆动达7.6cm.可由观测不同高度处的倾斜换算而得。（二）特殊的大地测量方法特点：①测量过程简单②容易实现自动化观测和连续观测③提供的是局部的变形信息1、沉降测量：液体静力水准测量法①②AB1a2aABh2b2H1b1H1211221212()()()ABhHHababaabb1222112121()()()ABhHHababaabb212121211+21-()2bbbbcaabbbbcAB21①②得：h①②得：=-为仪器常数，读数零点之差数，它取决于制造误差.当液面高度发生变化时，浮子带着铁心升降，由于铁心相对于电感线圈的上下移动，使线圈上的电感发生变化，用导线连接到离观测点一定距离的观测室内，再用专门的电桥将电感量的变化→电压变化，遥测仪器通过量测电压的变化，便知铁心的升降量，亦即为容器液面高度的变化量。2、应变测量：设两点间距离为,第二周期测量时距离变化了那么为两点间平均线应变.当与变形体尺寸比很小时，则看成为点应变.llllllll测有机械法：用因瓦丝、石英棒等作为长度的标准.长度的变化用机械—电子传感器测量；精度：几十个微米干涉法：激光干涉法可测到几百米，甚至几千米.精度：10-7真空中：4X10-10应变传感器实质为——导体（金属条或很窄的箔条）做法：埋设在变形体中，由于变形体中的应变使得导体伸长或缩短，从而改变了导体的电阻.电阻变化用电桥测量，通过测量电阻的变化就可以计算应变.l测距离变化求应变应变传感器1V2V3Vab123121180VVVVaababab（）3、准直测量：激光在大气中精度：10-5~10-6在真空中精度：10-7~10-8方向性强，直接准直如：激光经纬仪准直激光准直单色性好，衍射准直如：波带极激光准直尼龙丝准直：尼龙丝直径0.3mm，施加1.5kg拉力系统包括：尼龙丝拉紧装置和一个对中的读数显微镜原理：如果逐次观测三个点的偏离值，每次推进一个点，两个点重叠起连接作用，这样可按连接支导线计算导线各中间点相对于闭合边的偏离值。尼龙绳准直测量的精度分析连接支导线中点（最弱点）的准直精度可用下式估算：尼龙绳准直的精度受①观测仪器误差②读数误差影响③气流的影响钢丝准直：引张线，直径1mm，10~50kg拉力拉紧钢丝.装置：端点，观测点，钢丝和保护管.设置浮托装置三测回观测平均值精度：0.1~0.3mm222222111.51.22442.442VVVVVVmmmmmmmmmmSS(2)[(2)2]48(1)ymSnnnnmnAB垂直测量：光学垂准仪激光铅直仪：可用于测定高层建筑物的摆动.机械法垂直准直：正垂倒垂：还可用作变形观测的基准点。偏离值可通过垂线坐标仪测得。倾斜：电子倾斜仪1.摆式倾斜仪利用可变电感的原理制成的，具有：①灵敏度高②读数方便③调整范围宽2.气泡式倾斜仪我国制造的气泡式倾斜仪2°观测范围1°如应用于设备基础平台的倾斜观测。r12L=L12LLm3.差动电容式电子水准器工作原理：当玻璃管水准器倾斜时，气泡向旁边偏离x，使C1C2中介质的介电常数发生变化，引起桥路两臂的电抗发生变化，因而桥路失去平衡，可用测量装置将其记录下来。这种电子水准器可固定地安置在建筑物或设备的适当位置，就能自动地进行倾斜观测。适用于作动态观测，=0.2200.m倾斜，范围形成差动电容装置132R载1Zx2Z2C1C高频交流电压C1C2构成桥路两臂Z1Z2为阻抗R载为负载电阻（三）摄影测量方法1.应用：地面摄影测量方法越来越广泛用于大型工程建筑物的变形观测。大型的工程建筑物：混凝土大坝、档土墙、高层建筑物等。空中摄影测量也有用于较大范围的地面变形测量。如：测定由于地下采矿而引起的地表移动.由于火山喷发而致的环境变化……2.优点：①可同时测定变形体的任何变形②提供完全和瞬时的三维空间信息③大量减少野外的测量工作量④可以不需要接触被测物体⑤有了摄影底片，可以观测到变形体以前的状态。3.原理：有基于固定摄站得时间基线法：测二维变形有立体摄影测量方法：测三维变形固定摄站的时间基线法原理：SXZYaaAAX==Z==YxMxfYzMzf原理：XMxZMz精度：XMxZMz222()()()fxYXxZzzmmmmXMmYxfZmmMmz参考点使用：设内外方位元素不变，第2次摄影时像点坐标为x’，z’；内外方位元素变化，像点坐标测得为,.xz设012012xxaaxazzzbbxbz012012xxaaxazzzbbxbz11XZMM对于控制点x=z=参考点x=0,z=01110112122201222012()()()nnnnnxxVaaxazxxVaaxazxxVaaxazn个控制点列误差方程可解算系数,,iiab地面立体摄影测量的解析处理方法有：1.空间前方交会法2.空间后交—前交法3.严密解法4.直接线性变换法11213101222321323330122232()()()()()()()()()()()()ASASASASASASASASASASASASaXXaYYaZZxxfaXXaYYaZZaXXaYYaZZzzfaXXaYYaZZ0111110111110222220222221122()()()()AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAxzxzxxxxxVXYZXYZzzzzzVXYZXYZxxxxxVXYZXYZzzzzzVXYZXYZ左像片右像片1210000ˆ()ˆ()ˆˆˆTTTAAAAAAAAAlVAxxAPAAlDxAPAXXXYYYZZZ坐标仪量测的坐标值像片坐标像方空间坐标12349101156789101111LXLYLZLxLXLYLZLXLYLZLzLXLYLZ111DLTLL为系数当DLT系数已知：对一个时X列4个误差方程可解出三维坐标当DLT系数未知：需布至少6个控制点，X解算出DLT系数再求XX坐标.§1.2变形监测方案变形监测方案的制定影响到：观测的成本成果的精度和可靠性变形监测方案的制定包括以下几个方面：①变形观测的精度②变形观测的周期③变形观测的内容④变形观测的方法（监测网布置、观测点布置……）⑤变形观测的成本一、变形观测的精度确定典型精度1mm或相对精度为10-6，制定变形观测的精度取决于变形的大小、速率、仪器和方法所能达到的实际精度，以及观测目的等。一般：变形目的是安全监测：观测误差(1/10~1/20)允许变形值变形目的是研究变形过程：以最高的精度进行变形观测如：某建筑物为框架结构，基础土层为高压缩土，相邻两沉降观测点的距离，两点差异沉降量的允许值为δ=0.003l=0.003×8=24mm两点差异沉降量的观测中误差取为m差异=1/10δ=2.4mm差异沉降量是两次高差之差，而高差又是两点高程之差，则任一测点高程中误差为8lm11××=1.2mm22Hmm差又如：某建筑物高24m，允许倾斜值为：δ=0.004Hg=96mm设倾斜是平移和沉降共同作用，影响相等，则允许的平移值为则：也和不同的建筑物及建筑物的结构、部位等有关。一般：对于有连续生产线的大型车间（钢结构，钢筋混凝土结构的建筑物）m沉陷=2mmm高程H=1mm特种工程设备m=0.1mm1==682mm平移1==6.810mmm平移平移1==4.82mmmm移观点位222000=mmmmmQm测二、观测的周期观测内容沉陷量/mm水平位移/mm岩基上的混凝土坝压缩土上的混凝土坝土坝施工期间土坝运营期间12105125~103~5大坝的要求列于下表：定量：11222122=T===2XXtXmtXtXXXmmkmXXkmVttVVVmtVk同理一般当时，认为是有变形，否则为误差反映。XXkm定性：与荷载增加、地基土质、沉降变形速度、变形值大小等有关。一般：施工中，频率要大一些，一般三天，七天，半月。竣工投产：频率要小一些，一般一个月、两个月、三个月、半年、一年等。观测点稳定后，荷载增加25％，每增加15％，…………第1年4次，第2年2次，以后每年1次。变形种类水库蓄水前水库蓄水水库蓄水后2~3年正常运营沉陷混凝土坝相对水平位移绝对水平位移土石坝沉陷、水平位移1个月半个月0.5~1个月1季度1个月1周1季度1个月3~6个月半个月1季度1季度半年1个月6~12个月半年大坝变形观测周期：三、变形观测的内容根据不同类建筑物及建筑物的不同部位，甲方、乙方综合商定。四、变形观测的方法前面所讲的变形监测技术，都是根据控