《变形监测与数据处理》考试复习参考

1、参考书目：工程测量（李青岳、陈永奇）变形监测数据处理（武大出版社）1 变形监测的概念，目的，意义？概念：就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作。目的：首要目的是掌握变形体的实际性状，为判断其安全提供必要的信息，其次获得变形体变形的空间状态和时间特性（几何分析），同时还要解释变形的原因（物理解释）。意义：实用上的意义：主要掌握各建筑物和地质构造的稳定性，为安全性诊断提供必要的信息，以便及时的发现问题并采取措施。科学上的意义：更好的理解变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，进行反馈设计以及建立正确的预报变形的理论和方法。2 变形体：变形体的范畴可以大到整个地

2、球，小到一个工程建（构）筑物的块体,包括自然和人工的构筑物。(对可能产生变形的各种自然的或人工的建筑物或构筑体的统称)3 引起变形的因素？(可总结为3个方面,自然因素工程自身与工程有关的勘测、设计、施工、运营等)（1）人类开发自然资源的活动会破会地壳上部平衡，造成地面变形。（2）人口密集的地方大量抽去地下水，造成地面沉陷。（3）地下采矿引起矿体上方岩层移动。（4）地壳中的应力长期的积累,引起地壳位移甚至地震 （5）与工程本身相联系的勘测、设计、施工、运营产生。4 变形体的范畴：全球性变形研究（空间大地测量）、区域性变形研究（GPS、INSAR）、工程和局部性变形研究（地面常规测量技术、地面摄影

3、测量技术、特殊和专用的测量手段、以及以GPS为主的空间定位技术）。5.变形监测的内容及其分类分类：（1）按研究范围分类：全球性的、区域性的、局部性的（2）按时间特性分类：运动式（变形总趋势朝一个方向）、动态式（观测主要得到振动的幅值，周期等信息） 静态变形:空间位置随时间的变化特性,占多数; 动态变形:变形体空间位置在外力作用下,在某一时刻的变化.内容：应根据建筑物的性质和地基情况来定。（1）工业和民用建筑：对于基础而言：内容是均匀沉陷和不均匀沉陷；对建筑物本身而言：是倾斜和裂缝观测； 对工业企业等各种设备而言：是水平位移和竖直位移； 对高层和高耸建筑物：还应观测瞬时变形、可逆变形、扭转； （

4、2）水工建筑物：水平位移、垂直位移、渗透（浸润线）以及裂缝观测（3）钢筋混泥土建筑物：外部观测：水平位移、垂直位移、伸缩缝的观测 内部观测（4）地表沉降：定期进行观测，掌握其沉降与回升的规律。6 变形观测的特点？（1）精度要求高（2）周期性重复观测（3）综合运用各种观测方法（4）数据处理要求严密（5）需要多学科知识的配合7 变形监测技术 答：在全球性方面，空间大地测量是最基本且最适用的技术，包括全球定位系统GPS、甚长基线射电干涉测量VLBI、卫星激光测量SLR、激光测月技术LLR以及卫星重力探测技术（卫星测高、卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量）等技术手段。在区域性方面，主要技术手段、空间对地观

5、测遥感技术合成孔径雷达干涉测量、精密水准测量。在工程和局部性方面，地面常规测量技术、专用测量手段、空间测量（、）、地面摄影测量技术与激光扫描。8 基准点：变形监测系统的基本控制点，是测定工作点和变形点的依据。分为水平位移基准点和沉降监测点。9 水准基点(工作基点)：是基准点和变形观测点之间起联系作用的点。10 变形监测网： 是控制网在变形监测中的一种形式; 有绝对网（参考网）:有部分点分布在变形体外的监测网; 相对网:网的全部点都在变形体上的监测网; 混合网. 11 变形监测网的灵敏度：监测网发现某一网点变形位移矢量的能力大小的一种度量12 常规的地面测量方法有哪些优缺点？优点：（1）能够提供

6、变形体整体的变形状态（2）观测量通过组成网的形式可以进行测量结果的校核和精度的评定。（3）灵活性大，能够适用于不同的精度要求，不同形式的变形体和不同外界条件。缺点：劳动强度大；难以实现连续监测、自动化程度低；13 地面摄影测量方法及其特点：可以同时测定变形体上任意点的变形；提供完全和瞬时的三维空间信息；大量减少野外的测量工作量；可以不需要接触被测物体；通过摄影底片，可以观测到变形体以前的状态。14 GPS变形监测的特点：测站间无需通视；同时提供监测点的三维位移信息；全天候监测；监测精度高；操纵简便，易于实现监测自动化；GPS大地高可直接用于垂直位移测量。15 变形监测点分哪几类？各有什么要求？

7、答： 基准点。通常埋设在稳固的基岩上或变形区域以外，尽可能长期保存，稳定不动。 工作点。埋设在被研究对象附近，要求在观测期间保持稳定，其点位由基准点定期检测。 观测点。直接埋设在变形体上，能反映建筑物的变形特征，一般埋设在建筑物内部。基准点和观测点的布设要求？观测点（1）布设在具有代表性的地方 （2）要考虑建筑物基础的地质条件、建筑建构内部应力的分布情况，以及便于观测等 （3）观测点和建筑物的联结要牢靠 （4）沿矿体走向和倾斜方向布设观测点应组成观测线 （5）要便于观测和保存（6）观测点结构应便于接高。基准点：通常埋设在稳定的基岩或变形区以外，长期保持稳定不动。应有多个基准点以便检核，确保坐标

8、系统统一。宜采用强制对中装置以提高仪器安置精度。定期复测，联测，确保稳定性。16 变形观测精度和频率方面有哪些要求和规定？精度要求和规定：精度高，典型精度是1mm或相对精度为10-6。不同工程建筑物，精度要求差别比较大。同类建筑物，根据其结构、形状不同，要求精度也有差异，即使是同一建筑物，不同部位的精度要求也不同。频率要求和规定：频率取决于变形大小、速度以及观测目的，频率大小要能反应出变形体的变形规律，并可随单位时间内变形量的大小而定。变形量大，增大监测频率，变形量小或建筑物趋于稳定时，可减小检测频率。17 变形监测系统设计应遵循哪几个原则？答：（1） 针对性。要根据工程特点及关键部位综合考虑

9、，统筹安排，做到目的明确、实用性强、突出重点、兼顾全局；（2）完整性。对监测系统的设计要有整体方案，它是用各种不同的观测方法和手段，通过可靠性、连续性和整体性论证后，优化出来的最优设计方案。（3）先进性。设计所选用的监测方法、仪器和设备应满足精度和准确度的要求，并吸取国内外的经验，尽量采用先进技术；（4）可靠性。观测设备要具有可靠性，特别是监测建筑物安全的测点；（5）经济性。监测项目宜简化，测点要优选，施工安装要方便。18 变形监测系统设计的主要内容有哪些？（略看）答：（1）技术设计书。测量所遵照的规范及其相应规定；合同主要条款及双方职责等。（2）有关建筑物自然条件和工艺生产过程的概述。主要是

10、说明各部分观测的重要性及可能出现的现象的解释。（3）观测的原则方案。包括监测工作的重要性、目的、要求等的总体说明。（4）控制点及监测点的布置方案。包括监测系统布置图、测量精度要求及说明。（5）测量的必要精度论证。对主要监测方法的精度论证，并说明观测中的注意事项。（6）测量的方法及仪器。包括仪器的种类、数量、精度等，对于特殊仪器应给出加工图、施工图，以及观测规程。（7）成果的整理方法及其它要求或建议。成果的整理一般按照规范的要求执行，对于规范中没有明确规定的内容，应进行详细说明。（8）观测进度计划表。主要说明观测所需要的时间及其安排。（9）观测人员的编制及预算。19 变形监测方案制定需考虑哪些问

11、题？1精度与周期：考虑变形性质，变形大小，变形速率却，变形区域大小，变形体地质条件等确定精度与周期。2坐标系统方面：根据变形实质及实地条件，尽量使坐标轴与变形位移方向一致，提高监测灵敏度。3网型方面：网型尽量与变形体香适应，基准点，观测点位置应合理可靠。4要根据工程特点，关键部位，仪器及观测手段综合考虑，统筹安排，做到目的明确、实用性强、突出重点、兼顾全局，提高可靠性。5经济性。监测项目宜简化，测点要优选，施工安装要方便。20 水准基点：构造埋设稳定不变且长期保存的沉陷观测的基准点。21 垂直位移测量：通常采用水准测量的方法，多次重复测定埋设在移动区或变形体上的观测点（监测点）相对于基准点的高

12、差随时间的变化量。22 水平位移测量：测定变形体的平面位置随时间而产生的位移大小,位移方向,并提供变形趋势及稳定预报而进行的测量工作. 23 深埋双金属标：用膨胀系数不同的两根金属管（如钢和铝）,底部埋在基岩中或稳定可靠的土层中,用套管与周围土层隔离,根据温度变化修正标志点高程的水准点. 24 挠度：建筑物在竖直平面内各不同高程点相对于底点的水平位移。25 倾斜测量：测定目标物在竖直平面内相对于水平基准或铅垂基准线（面）的挠度曲线。26 简述裂缝监测的目的和内容。答：裂缝观测的主要目的是查明裂缝情况，掌握变化规律，分析成因和危害，以便采取对策，保证建筑物安全运行。对建筑物产生的裂缝应进行位置、

13、 长度、 宽度、深度和错距等的定期观测，对建筑物内部及表面可能产生裂缝的部位，应预埋仪器设备，进行定期观测或临时采用适宜方法进行探测。27 基准线法：通过建筑物轴线或平行于建筑物轴线的固定不动的铅直平面为基准面，根据它来测定建筑物的水平位移。28 视准线法：在两固定点间设置经纬仪的视线作为基准线，定期测量观测点到基准线间的距离，求定观测点水平位移量的技术方法。29 引张线法：柔性弦线两端加以水平拉力引张后自由悬挂，则它在竖直面内呈链线形状，在水平面上投影应是一条直线，利用此直线作为基准线可以测定附近测点的横向偏离值的方法30 准直测量：测量测点偏离基准线垂直距离的过程，它以观测某一方向上点位相

14、对于基准线的变化为目的，包括水平准直和铅直两种31 正垂线法：在通道的顶部或需要观测的高度设一支点，一条不锈钢丝下端连接一个锤球在通道底层地板上固定一油桶，内装粘性小、不冰冻的液体，将锤球放在油桶内使钢丝拉紧，稳定成为垂线。观测时，由底部观测墩上安置的量测设备按一定周期测出各测点的水平位移量。32 倒垂线法：用于检核基准线变化。33 液体静力水准测量：利用静止液面的原理来传递高程的方法，利用连通管原理测量各点处容器内液面高差的变化以测定垂直位移的观测方法。34 水准基点的标志和类型有哪些？答：、浅埋混凝土水准标石、地表岩石标、平峒岩石标、深埋钢管式标志、水准基点标志、墙脚水准标志、深埋双金属标

15、。35 观测点的标志有哪些？ 1.设在墙上的 2.设在柱上的 3.隐蔽式墙角标志 水准基点的布设类型？（1）设成简单的形式 （2）利于稳固的永久建筑物设立墙角水准点36 观测点的布设要求？（1）布设在具有代表性的地方 （2）要考虑建筑物基础的地质条件、建筑建构内部应力的分布情况，以及便于观测等 （3）观测点和建筑物的联结要牢靠 （4）沿矿体走向和倾斜方向布设观测点应组成观测线 （5）要便于观测和保存（6）观测点结构应便于接高37 何为基坑回弹观测？有哪些方法？ 基坑回弹观测是观测基坑开挖过程中地基的回弹现象 方法： 基坑回弹可采用回弹监测标和深层沉降标进行监测，如果进行分层沉降监测，当分层沉降

16、环埋设于基坑开挖面以下时，监测到的土层隆起也相当于基坑回弹量。 精密水准测量：液体静力水准测量。 38 深埋双金属标的原理？设以钢、铝制成的的两根金属管，原长为L0，受热后各自伸长，L钢=L0+L0*a钢*t =L0+L钢 L铝=L0+L0*a铝*t=L0+L铝T为温度改变的平均值，其数值不知，而金属管的长度差值=L钢-L铝=L钢-L铝=L0*t*（a钢-a铝） 移项后的L钢=*a钢/（a钢-a铝）, L铝=*a铝/(a钢-a铝)已知钢的膨胀系数为0.000012/摄氏度，铝的膨胀系数0.000024/摄氏度L钢= ，L铝= 2采用钢管和铝管作标志。测得值，即可知道各金属管受温度变化而引起的长

17、度变化。39 倾斜观测有哪些方法？ 直接测量：、锤球法、经纬仪投影、测水平角、光学垂准仪、激光铅直仪间接测量：、水准测量、倾斜仪测量、液体静力水准测量。40 液体静力水准测量原理？影响其测量误差的因素？液体静力水准测量测定液面高的的方法？原理：相连接的两容器1,2分别安置在预测水平面A与B上，当两个容器中装有同类均匀液体时，两液面处于同一水平面上，高差h可利用液面高度H1，H2求的h=H1-H2=(a1-a2) -（b1-b2） a1,a2是容器1,2的高度或读数零点相对于预测平面A,B的高度。b1,b2为容器液面位置的读书值。由于容器的零点具有制造误差，所以由直接读取的液面读数算的高差不是两

18、平面的绝对高差。将两容器互换位置，则有h=（a2-a1）-（b2-b1） b1,b2为液面新读数。联合解算的的h=1/2(b2-b1)-(b2-b1).误差因素：1、仪器误差：（1）仪器安置误差（2）液体静力水准仪观测头倾斜所引起的误差（3）.观测头的组合部件由于温度变化而产生的误差（4）量测设备误差（5）液体漏损带来的误差2、外界条件的影响:（1）温度对液体静力水准测量精度的影响（2）气压变化对液面位置的影响（3）液体静力水准仪容器中液体蒸发的影响（4）液体污染影响。方法：（1）目视法（2）目视接触法（3）其他一些方法41 建筑物水平位移测量的技术方法有哪些？.地面监测方法：两方向（或三方向

19、等）前方交会法、双边距离交会法、极坐标法、自由设站法、视准线法、小角法、测距法、三角网法、导线法、边角网法。专用测量方法：应变测量、基准线测量。42 强制对中装置有哪些类型？水平位移的平面照准标志有哪些要求？ （1）.点、线、面对中装置（2）.三叉式对中装置（3）.球、孔式对中装置 （4）中心螺杆式对中装置。类型：观测墩，倒垂，光线传递式标志。 要求：图案对称，反差大，醒目；无相位差；具有适当的面积；具有较高的稳定性，易于对中和瞄准，另外还应制作简单，使用方便。43 垂线有哪些形式？各有什么作用？答：垂线有两种形式：正垂线和倒垂线。正垂线一般用于建筑物各高程面处的水平位移监测、挠度观测和倾斜测

20、量等。倒垂线大多用于岩层错动监测、挠度监测，或用作水平位移的基准点。 44 分析测小角法精度？分段基准线观测的优势与不足？45 水平廊道内导线布设及观测特点？46 什么是挠度观测？挠度观测一般采用哪些方法？答：测定建筑物受力后挠曲程度的工作称为挠度观测。建筑物在应力的作用下产生弯曲和扭曲，弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移称为挠度。 对于直立高大型建筑物，其挠度的观测方法是测定建筑物在铅垂面内各不同高程点相对于底部的水平位移值。高层建筑物通常采用前方交会法测定。对内部有竖直通道的建筑物，挠度观测多采用垂线观测。悬锤法；精密水准法；全站仪观测法；GPS观测法；静力水准观测法；测斜仪观测

21、法；摄影测量法；专用挠度仪观测法。 47 GPS在变形监测中的应用？48 近景摄影测量在变形监测中的应用？49 INSAR的应用？50 激光扫描技术的分类及应用？51 变形分析：分为变形的几何分析和物理解释；变形的几何分析是对变形体的形状和大小的变形作几何描述，其任务在于描述变形体变形的空间状态和时间特性。 变形物理解释的任务是确定变形体的变形和变形原因之间的关系，解释变形的原因。变形几何分析任务：参考点的稳定性分析， 观测值的平差处理和质量评定， 变形模型参数估计。变形物理解释的方法：变形的统计分析法、确定函数法与混合模型法。52 变形位移曲线图：（以时间为横坐标，变形体变形的位移量为纵坐标

22、）53 有限元：将连续体离散为有限多个在节点上相互连接的单元。54 统计模型 统计模型是建立在数理统计基础上的一种模型。统计模型是通过分析所观测的物理量和环境量之间的相关性，来建立荷载与监测量之间关系的数学模型，该方法利用的是过去的变形观测数据，因此，具有“后验”的性质。建立统计模型的主要手段是回归分析。统计模型的一大缺陷是它需要的样本个数(数据量)较多，这样在大坝的运行初期由于没有大量的观测数据，统计模型的可靠性就较低，从而使模型的预报精度受到较大的影响。 55 确定性模型 确定性模型是一种建立在物理力学概念基础上的模型，它结合建筑物和基础的实际工作状态，应用有限元方法或工程力学方法计算外荷

23、载作用下建筑物和基础的位移场，然后以实测值进行校验，求得反映建筑物和基础的平均力学参数的调整系数，从而建立确定性模型。56 混合模型 混合模型是综合利用统计分析和确定函数法建立分析模型的一种方法。这种方法主要考虑到前面两种基本方法的优缺点，综合两种方法的优点进行。57 变形观测数据处理包括哪些数据？目的和内容？数据：（周期性数据，某监测网的特定数据） 内容：1、对变形体空间状态进行表述，工作有：原始记录检核，计算检查，稳定性检验 （基准检验）2、针对第二目的：统计分析或回归分析法，确定函数模型 3、变形预报目的：1、变形的几何分析；2、探究变形成因（物理解释）58 什么是建模分析？答：采用系统

24、识别方法处理观测资料，建立数学模型，用以分离影响因素，研究观测物理量变化规律，进行实测值预报和实现安全控制。这种方法能够定量分析，是长期观测资料进行系统分析的主要方法。 59 监测数据与处理的主要内容有哪些？答：监测物理量的转换；监测数据的粗差检查；系统误差的检验。 60 粗差探测处理方法？稳健估计等；61 参考点稳定性的检验与分析方法？1、平均间隙法：先进行两周期图形的一致性检验（称整体检验），如果检验通过，则确认所有参考点是稳定的。否则，就要找出不稳定点。寻找不稳定点的方法是“尝试法”，一次去掉每一个点，计算图形不一致性减少的程度，使得图形不一致性减少最大的点是不稳定的点。排除不稳定点后，

25、继续上述过程，直到图形一致通过检验为止。2、拟稳平差62 变形观测成果整理与分析有哪些内容？ 对各项记录的检核，检查是否有计算错误，按时间顺序逐点填写、造表、并作相应说明，保证数据真实可靠，定性分析变形原因，判断建筑物运营是否正常。1、工作基点位移对变形值的影响 2、观测资料的整编 3、变形值的统计规律及其成因分析63 变形分析与建模的方法？变形分析回归分析法（1）曲线拟合（2）多元线性回归分析（2）逐步回归分析频谱分析（1）频谱分析法（2）最小二乘响应分析建模的方法时间序列分析模型（1）组合法（趋势拟合+ARMA模型）（2）多项式拟合法（3）DDS法灰色系统分析模型（1）GM(1，N)模型（

26、2）GM(1,1)模型Kalman滤波模型人工神经网络模型64 简述统计模型及其特点。统计模型存在的主要问题有哪些？答：特点 统计模型是建立在数理统计基础上的一种模型。统计模型是通过分析所观测的物理量和环境量之间的相关性，来建立荷载与监测量之间关系的数学模型，该方法利用的是过去的变形观测数据，因此，具有“后验”的性质。建立统计模型的主要手段是回归分析。统计模型的一大缺陷是它需要的样本个数(数据量)较多，这样在大坝的运行初期由于没有大量的观测数据，统计模型的可靠性就较低，从而使模型的预报精度受到较大的影响。 缺点： 法矩阵的病态性： 当法矩阵存在病态性时，参数估计的准确性和稳定性将大大降低，从而

27、使模型的可靠性受到影响。 粗差影响：当观测值中不可避免地含有粗差时，LS估计会受到很大的干扰，导致计算成果不可靠。 线性相关问题：系数矩阵中的列向量之间往往存在近似多重共线性关系，这将使参数估值的方差变大，精度降低，稳定性变差，从而使各种分量的分离不准确，回归模型的可靠性也受到影响65 确定性模型优缺点？答：确定性模型是一种建立在物理力学概念基础上的模型，它结合建筑物和基础的实际工作状态，应用有限元方法或工程力学方法计算外荷载作用下建筑物和基础的位移场，然后以实测值进行校验，求得反映建筑物和基础的平均力学参数的调整系数，从而建立确定性模型。 优点: 缺点66 监测资料整编及其目的。答：对观测资

28、料进行汇集、审核、整理、编排，使之集中、系统化、规格化和图表化，并刊印成册称为观测资料的整编。其目的是便于应用分析，向需用单位提供资料和归档保存。67 简述监测资料分析及其目的。答：对工程及有关的各项观测资料进行综合性的定性和定量分析，找出变化规律及发展趋势称为观测资料分析。其目的是对工程建筑物的工作状态做出评估、判断和预测，达到有效地监视建筑物安全运行的目的。68 变形监测资料管理系统的组成及主要功能？69 监测数据系统误差产生的原因有哪些？如何检验？答：系统误差产生的原因主要有监测仪器老化、基准点的蠕变等，它虽对结构的安全不产生影响，但对资料分析结果有一定的影响。目前，系统误差的检验方法主要有：U检验法、均方连差检验法和t检验法等。70 大坝安全监控专家系统主要包含哪几个部分？答：（1）数据库