大坝变形观测2-1

12020年3月4日星期三大坝变形观测任课教师：高飞合肥工业大学土木与水利工程学院水利水电工程专业22020年3月4日星期三第一章变形监测概述第二章垂直位移与水平位移观测第三章变形监测新技术与工程实例第四章变形监测数据处理基础本课程主要内容大坝变形观测32020年3月4日星期三第2章垂直位移与水平位移观测§2.1垂直位移监测网布设及观测标志§2.2垂直位移观测§2.3地面倾斜测量§2.4水平位移观测网及观测标志§2.5水平位移测量技术概述§2.6视准线法测量水平位移§2.7激光准直测量§2.8引张线法测量水平位移§2.9建筑物主体倾斜和挠度测量§2.10裂缝测量大坝变形观测42020年3月4日星期三第2章垂直位移与水平位移观测地面和建（构）筑物的变形包括：垂直位移：沉降和回弹水平位移：水平方向上的位移（与轴线垂直方向上）位移观测（5）建筑物水平位移观测（6）建筑物倾斜观测（7）建筑物裂缝观测（8）日照变形观测和风振测量沉降观测（1）基坑回弹测量（2）地基分层沉降观测（3）建筑场地沉降观测（4）建筑物的沉降观测52020年3月4日星期三一、垂直位移观测的重要性•随着工程建筑物的修建，建筑物的基础和地基所承受荷载不断增加。•当地基承载力相同时，建筑物将发生均匀沉降。•若地基承载力不同，会发生不均匀沉降。•有的建筑物建成时是均匀沉降，后来由于地下水位以及周围荷载的改变，引起了不均匀沉降。•建筑物这种沉降变形，其值在一定范围内时可视为正常现象。如超过某一限度就会影响建筑物的正常使用，严重的还会危及建筑物的安全。§2.1垂直位移监测网布设及观测标志62020年3月4日星期三•例如著名的意大利比萨斜塔，塔高54.5m，为8层圆柱形建筑，始建于1174年。最终于1370年（有报道为1350年建成）建成。•当时塔顶中心偏离垂直线2.1m，这却反而成了斜塔的特色，从而成为世界闻名的建筑奇观，令它成为名闻遐迩的旅游胜地。§2.1垂直位移监测网布设及观测标志一、垂直位移观测的重要性72020年3月4日星期三•到1990年比萨斜塔的基础南端的沉降为2.8m（其基础承压为９kg/cm）；北端的沉降为1.2m（相应压力为１kg/cm），塔顶最高处偏离垂直线达６米。倾斜量正以每年1mm速度在加速倾斜。•于1990年1月关闭，并开始新一轮的加固工程。耗资2500万美元，历时11年，于2001年12月比萨斜塔重新对游客开放。6米54.5米§2.1垂直位移监测网布设及观测标志82020年3月4日星期三•在第32届国际地质大会上介绍（2004年6月，意大利佛罗伦萨）纠偏扶“正”加固工程之后，比萨斜塔的倾斜角从5.5º减小到5º，纠偏近50cm。•经科学预测，比萨斜塔倾斜变形要再达到1990年以前的水平，将需要300年时间。5.56米54.5米§2.1垂直位移监测网布设及观测标志一、垂直位移观测的重要性92020年3月4日星期三•又如我国苏州市的虎丘塔，建于公元959年，塔高出地面47.5m。呈八角形，是一座砖身木檐的阁楼式佛塔，计七层。•据变形资料分析，塔顶中心偏离底层中心2.3m，底层地面南北高差0.48米。倾斜使塔的中心北移，塔身最大倾角为3º59′，被称为“中国第一斜塔”。§2.1垂直位移监测网布设及观测标志一、垂直位移观测的重要性102020年3月4日星期三西安大雁塔•有1300余年历史的大雁塔也沉降了1198mm;•1985年向西北方向倾斜998mm，至1996年倾斜达1010.5mm;•平均每年倾斜1mm.§2.1垂直位移监测网布设及观测标志一、垂直位移观测的重要性112020年3月4日星期三•位于广东开平市蚬(xian)冈镇的一处碉楼，共7层;•其倾斜角为15º;大于意大利比萨斜塔的倾斜度。广东开平碉楼§2.1垂直位移监测网布设及观测标志一、垂直位移观测的重要性122020年3月4日星期三•建（构）筑物的沉降和倾斜，很多是由于其自身基础和结构问题造成的；当基础产生整体不均匀沉降时，建筑物势必会出现倾斜。•而基础的沉降或不均匀沉降，又与周围环境的变化和诸多人为因素相关。•如大型煤矿的地下开采，造成地面大范围沉降或塌陷；地下水的大量抽取使地下水位急剧下降等。§2.1垂直位移监测网布设及观测标志一、垂直位移观测的重要性132020年3月4日星期三建（构）筑物变形监测网的点位及其使用的测量标志，如何确定、应具备什么样的构造特点、如何布设等，是变形监测工作中的一个重要的环节。1.按工作性质分类可分为平面标志和高程标志。（1）平面标志用来构成测量建筑物平面位移的平面控制网。（2）高程标志则构成观测建筑物沉降或进行垂直位移观测的高程控制网。二、垂直位移监测网（点）的布设测量标志的分类§2.1垂直位移监测网布设及观测标志142020年3月4日星期三2.按用途分类按不同的用途形观测使用的测量标志可分为三类，即：变形点、工作基点和基准点。（1）变形点又称变形观测点直接埋设在所要观测研究的建（构）筑物上，它们和待测建筑物一起移动，以表明建筑物空间位置的变化。测量标志的分类§2.1垂直位移监测网布设及观测标志二、垂直位移监测网（点）的布设152020年3月4日星期三测量标志的分类2.按用途分类(1)变形点又称变形观测点(2)工作基点即测量控制点（包括测站点、联系点、检核点和定向点等工作点），仪器安置在工作基点上以测定变形点的平面位置和高程。§2.1垂直位移监测网布设及观测标志二、垂直位移监测网（点）的布设162020年3月4日星期三(3)基准点是变形监测控制网的基础，通常埋设在变形地区之外，便于长期保存和具有很好的稳定性，是建（构）筑物是否产生变形的参照点。测量标志的分类2.按用途分类(1)变形点又称变形观测点(2)工作基点即测量控制点§2.1垂直位移监测网布设及观测标志二、垂直位移监测网（点）的布设172020年3月4日星期三•为了测定建筑物的沉降，就要在最能反映建筑物沉降的位置上埋设观测点（变形点）；•为了测定观测点的沉降，要在建筑物附近地基比较稳定且便于观测的地点埋设水准点（即高程工作基点）用来测定观测点的沉降。•至于水准点本身有无变动，要由离建筑物较远的水准基点来检测。§2.1垂直位移监测网布设及观测标志二、垂直位移监测网（点）的布设182020年3月4日星期三•在拟定沉降观测点的布置方案时，通常是由设计部门提出要求有施工组织计划者提出布置方案，在施工期间进行埋设。•观测点应有足够的数量，观测点应牢固地与待测物体连接在一起，便于观测，并使其在整个观测期间不被破坏。1.沉降观测点布置的基本要求§2.1垂直位移监测网布设及观测标志二、垂直位移监测网（点）的布设192020年3月4日星期三•对于民用建筑物，通常在建筑物四角、中点、转角处、沉降缝及伸缩缝的两侧等关键部位布置观测点。•当建筑物较大时，沿着建筑物的周边每隔10～15m布置一个观测点；•对于混合结构，观测点布置在承重墙上；•对于框架结构，可隔一、二个柱子设观测点。•对于宽度大于15m且内部有支柱的建筑物，或位于膨胀土地区的建筑物，其内部也应布置观测点。2.沉降观测点布置的具体方法观测点的布置视地基、建筑结构及观测要求而定。§2.1垂直位移监测网布设及观测标志二、垂直位移监测网（点）的布设202020年3月4日星期三•对于一般工业建筑来说，除了柱子基础上布设观测点之外，在主要设备基础的四周以及动荷载四周和地质条件不良之处也要布置观测点。•对于电视塔、水塔、烟囱、油罐、高炉等高耸建（构）筑物，应沿周边在与基础轴线相交的对称位置上布点，且点位不少于4个。2.沉降观测点布置的具体方法§2.1垂直位移监测网布设及观测标志二、垂直位移监测网（点）的布设212020年3月4日星期三•当建筑物比较重要而地基情况复杂时，为了研究各土层压实情况，应布置分层沉降观测点。布点时，以布设在基础中心线上为宜，条件不允许时，也可布设在基础边缘。•分层沉降观测点埋设得最大深度应达到理论计算的受压层的底部，其余各层观测点的深度和数量应根据土层和应力的大小而定。2.沉降观测点布置的具体方法§2.1垂直位移监测网布设及观测标志二、垂直位移监测网（点）的布设222020年3月4日星期三沉降观测点布置及沉降曲线图232020年3月4日星期三注：图中括号前数字是观测点编号；括号内数字是沉降量（单位：mm）沉降观测点布置及沉降曲线图242020年3月4日星期三图书馆(老楼)图书馆(新楼)新建合肥工业大学图书馆改造沉降观测点分布图1●●●●4325●●252020年3月4日星期三⑤⑧⑦⑥③⑩⑨kJH××G●5●3●2●4●6●8●9●7●12●11●10●1BMBBMA合肥工业大学建筑技术研发中心大楼沉降观测点位分布图262020年3月4日星期三1.基准点的结构要求（1）标志能长期保存这种标志通常采用钢筋混凝土或金属材料制成。（2）标志应稳定不动标志的埋设位置应仔细选择，远离变形区域，并将其基础埋设到可靠的深度上，同时采用专门的稳定结构。§2.1垂直位移监测网布设及观测标志三、水准基点标志的结构和埋设水准基点应成组布设，便于检核。（一）水准点标志的结构272020年3月4日星期三1.基准点的结构要求（1）标志能长期保存（2）标志应稳定不动（3）标志的上部结构应便于测量仪器和设备以要求的精度进行安置和对中。标志露出地面的高度要适当，标志之间通视良好，便于观测。（4）标志头上应有可微动的装置，以便将标志中心移到设计的位置。§2.1垂直位移监测网布设及观测标志（一）水准点标志的结构282020年3月4日星期三1.基准点的结构要求2.工作基点的结构要求对工作基点的结构要求与基准点基本相似，只是前两项要求可略放宽。因需安置测量仪器进行观测，故点位应设在靠近观测目标且便于联测变形点的稳定或相对稳定的位置。§2.1垂直位移监测网布设及观测标志（一）水准点标志的结构292020年3月4日星期三1.基准点的结构要求3.变形点的结构要求（1）变形点（观测点）应与研究的建筑物牢固地连接在一起，随建筑物的变形而移动。（2）标志能长期保存，不受破坏。（3）变形点与工作基点能互相通视，目标鲜明，便于观测。（4）可安置相应的仪器设备等。2.工作基点的结构要求§2.1垂直位移监测网布设及观测标志（一）水准点标志的结构302020年3月4日星期三§2.1垂直位移监测网布设及观测标志1．地表岩石标高程基准点应尽可能埋设在基岩上。在山区建设中以及平坦地区覆盖层很浅时，可采用岩石类标志。2．深埋金属管标志在复盖层较厚的平坦地区，宜采用钻孔穿过土层和风化岩层达到基岩而埋设的钢管标志；3．双金属标志为了避免由于温度变化对标志高程的影响，可设计并埋设双金属标志。4．普通混凝土标志（二）水准基点标志的类型312020年3月4日星期三322020年3月4日星期三双金属高程基准点•双金属标志——利用钢管和铝管具有不同的温度膨胀系数，在变形监测的同时，测定两管长度的变化差值并加以改正，即可达到消除由于温度变化对标志高程影响的目的。§2.1垂直位移监测网布设及观测标志332020年3月4日星期三双金属高程基准点•双金属标志的设计和埋置（1）在保护钢管的内部平行埋设（或同轴埋设）两根钢管和铝管，埋设深度一般要求小于15米。（2）其顶部高出地面并具有测定两管因温度变化引起的长度差值的读数装置。（3）如果要求埋设深度超过15米，可将双金属管改成双金属丝，下端铆固，上端拉紧，原理与双金属管标志相同。§2.1垂直位移监测网布设及观测标志342020年3月4日星期三平行埋设双金属管352020年3月4日星期三同轴埋设双金属管362020年3月4日星期三双金属高程基准点的原理•假设钢管和铝管原长为L0，其膨胀系数为：•因为温度t未知，且难以测定；故实际测量时，测定钢、铝两管的伸缩差值，即661024，1012铝钢•实测时由于温度变化的影响，钢管和铝管的实际长度变化为：钢钢钢LLtLLL000铝铝铝LLtLLL000)(0铝钢铝钢tLLL372020年3月