变形观测-土木4ppt课件

1、变形观测与数据处理变形观测与数据处理 第第4章章 变形观测数据处理变形观测数据处理主讲教师：高飞主讲教师：高飞 变形观测能否在工程运营管理中，起变形观测能否在工程运营管理中，起到指导工程安全使用和充分发挥工程效益到指导工程安全使用和充分发挥工程效益的作用，除了现场观测取得第一手资料外，的作用，除了现场观测取得第一手资料外，还必须进行观测资料的整理、分析。还必须进行观测资料的整理、分析。变形监测技术资料整理、分析，主要包变形监测技术资料整理、分析，主要包括以下几方面的内容：括以下几方面的内容： 4.1 4.1 概述概述一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制二、观测资料的整理和整编二

2、、观测资料的整理和整编三、变形监测资料的分析三、变形监测资料的分析 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制4.1 4.1 概述概述 变形监测技术资料主要包括：变形监测技术资料主要包括：1变形监测技术方案设计监测方案编制）；变形监测技术方案设计监测方案编制）；2变形监测工作技术总结；变形监测工作技术总结；3变形观测数据、计算、分析等成果的编制变形观测数据、计算、分析等成果的编制与汇总。与汇总。 监测方案是指导监测工作具体实施的主要技术文监测方案是指导监测工作具体实施的主要技术文件，应在项目开始前，认真研究工程规模和重点、件，应在项目开始前，认真研究工程规模和重点、技术关键和难点、工

3、作环境与条件，并尽可能多地技术关键和难点、工作环境与条件，并尽可能多地收集现有技术资料，在此基础上进行编制。收集现有技术资料，在此基础上进行编制。 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制4.1 4.1 概述概述（一变形监测技术方案设计监测方案编制（一变形监测技术方案设计监测方案编制1变形监测监测方案编制原则变形监测监测方案编制原则（1监测方案应以安全监测为目的，根据不同监测方案应以安全监测为目的，根据不同的工程性质和施工方法，确定监测对象；针对监的工程性质和施工方法，确定监测对象；针对监测对象安全稳定的主要指标进行方案设计。测对象安全稳定的主要指标进行方案设计。（2根据监测对象的

4、重要性确定监测规模和具根据监测对象的重要性确定监测规模和具体内容。体内容。（3在条件允许的前提下应尽可能采用先进的在条件允许的前提下应尽可能采用先进的监测技术，确保监测效率和精度；为增强成果的监测技术，确保监测效率和精度；为增强成果的可靠性，可根据需要采用多种方法，相互比较与可靠性，可根据需要采用多种方法，相互比较与验证。验证。 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制4.1 4.1 概述概述（一变形监测技术方案设计监测方案编制（一变形监测技术方案设计监测方案编制1变形监测监测方案编制原则变形监测监测方案编制原则（4监测方案在满足监测性能和精度的前提下，监测方案在满足监测性能和精度

5、的前提下，应考虑临时监测项目和永久监测项目之间的衔接，应考虑临时监测项目和永久监测项目之间的衔接，应力求减少监测成本，提高监测工作的效益。应力求减少监测成本，提高监测工作的效益。（5在满足工程安全的前提下，监测点位布设在满足工程安全的前提下，监测点位布设和监测周期的确定应尽量与工程现场条件和施工和监测周期的确定应尽量与工程现场条件和施工进度协调一致，减少交叉影响。进度协调一致，减少交叉影响。（6监测方案的编制应按照国家现行的有关规监测方案的编制应按照国家现行的有关规定、规范和标准执行。定、规范和标准执行。 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制4.1 4.1 概述概述（一变形监测

6、技术方案设计监测方案编制（一变形监测技术方案设计监测方案编制1变形监测监测方案编制原则变形监测监测方案编制原则2监测项目的确定监测项目的确定 监测具体项目的选择与确定，应考虑如下因监测具体项目的选择与确定，应考虑如下因素：素：（1工程地质条件与水文地质条件；工程地质条件与水文地质条件；（2工程规模与技术难点，包括：工程结构设工程规模与技术难点，包括：工程结构设计形式、地基基础深度、施工工艺与方法，以及计形式、地基基础深度、施工工艺与方法，以及工程进度；工程进度；（3工程施工的气象条件与周边的环境，包括工程施工的气象条件与周边的环境，包括与周围地面和地下建筑物、构筑物的相对关系等。与周围地面和地

7、下建筑物、构筑物的相对关系等。 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制4.1 4.1 概述概述（一变形监测技术方案设计监测方案编制（一变形监测技术方案设计监测方案编制1变形监测监测方案编制原则变形监测监测方案编制原则2监测具体项目的确定监测具体项目的确定3监测方案编制的步骤监测方案编制的步骤（1收集监测工作所需的基础技术资料；收集监测工作所需的基础技术资料；（2现场踏勘，了解掌握周围环境；现场踏勘，了解掌握周围环境；（3编制监测方案初稿；编制监测方案初稿；（4会同有关部门包括甲方、施工方、监理会同有关部门包括甲方、施工方、监理方等确定各类监测项目和数据的控制基准；方等确定各类监测

8、项目和数据的控制基准；（5监测方案上报审查、修改完善、报批执行。监测方案上报审查、修改完善、报批执行。 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制4.1 4.1 概述概述（一变形监测技术方案设计监测方案编制（一变形监测技术方案设计监测方案编制1变形监测监测方案编制原则变形监测监测方案编制原则2监测具体项目的确定监测具体项目的确定3监测方案编制的步骤监测方案编制的步骤4编制监测方案的基础资料编制监测方案的基础资料（1有关图纸资料：地形图、工程设计图等；有关图纸资料：地形图、工程设计图等；（2地质水文勘查报告；地质水文勘查报告；（3工程施工技术方案和施工组织设计资料；工程施工技术方案和施

9、工组织设计资料；（4最新监测仪器信息以及类似工程的经验资最新监测仪器信息以及类似工程的经验资料等；料等；（5国家现行的有关规定、标准规范和项目合国家现行的有关规定、标准规范和项目合同等。同等。4.1 4.1 概述概述（一变形监测技术方案设计监测方案编制（一变形监测技术方案设计监测方案编制5监测方案的主要内容监测方案的主要内容（1工程概况；工程概况；（2监测工作的目的与意义；监测工作的目的与意义；（3监测工作执行的技术标准；监测工作执行的技术标准；（4监测的具体项目与测量点位的布设包括监测的具体项目与测量点位的布设包括图件）图件）（5各监测项目的观测周期与频率；各监测项目的观测周期与频率；（6监

10、测仪器设备、精度，以及具体观测方法；监测仪器设备、精度，以及具体观测方法；（7监测人员的配置、分工与工作职责；监测人员的配置、分工与工作职责；（8监测资料的整理、数据处理与变形分析方监测资料的整理、数据处理与变形分析方法；法；（9监测工作进度、工期、上报的对象与时限；监测工作进度、工期、上报的对象与时限；（10项目管理与质量控制制度、注意事项及建项目管理与质量控制制度、注意事项及建议等。议等。 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制4.1 4.1 概述概述（一变形监测技术方案设计监测方案编制）（一变形监测技术方案设计监测方案编制）（二变形监测工作技术总结（二变形监测工作技术总结

11、除上述监测方案的主要内容外，应对具体变形除上述监测方案的主要内容外，应对具体变形监测的数据进行处理，并评定其精度；分析成果监测的数据进行处理，并评定其精度；分析成果可靠性，并对建筑物的安全进行评估预测。可靠性，并对建筑物的安全进行评估预测。 在技术总结中，还应包括在监测工作中出现的在技术总结中，还应包括在监测工作中出现的问题和解决的措施、质量检查和监督部门对监测问题和解决的措施、质量检查和监督部门对监测成果的检查验收报告等。成果的检查验收报告等。（三变形观测数据、计算、分析等成果的编制（三变形观测数据、计算、分析等成果的编制与汇总。与汇总。一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制二

12、、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编4.1 4.1 概述概述主要工作是对现场观测所取得的资料加以整理、主要工作是对现场观测所取得的资料加以整理、编制成图和说明，使他们成为可供使用的成果。编制成图和说明，使他们成为可供使用的成果。其具体内容应包括：其具体内容应包括： 1. 校核各项原始记录，检查各观测周期变形观测值校核各项原始记录，检查各观测周期变形观测值的计算是否有错误；的计算是否有错误； 2. 对各种变形值按时间逐点填写观测数值表、存档对各种变形值按时间逐点填写观测数值表、存档或建立数据库或建立数据库; 3.绘制各种变形过程线，建筑物或基础变形分绘制各种变形过程线，建筑物或基础变形

13、分布图。布图。 变形观测资料整编工作的主要内容是将变变形观测资料整编工作的主要内容是将变形观测值绘制成各种便于分析的图表，包括：形观测值绘制成各种便于分析的图表，包括：（一观测点变形过程线（一观测点变形过程线 某观测点的变形过程线是以时间为横坐标，以累计某观测点的变形过程线是以时间为横坐标，以累计变形值位移、沉陷、倾斜、挠度等为纵坐标绘制变形值位移、沉陷、倾斜、挠度等为纵坐标绘制成的曲线。成的曲线。 观测点变形过程线可直观地反映出变形的趋势、规观测点变形过程线可直观地反映出变形的趋势、规律和幅度，对于初步判断建筑物的工作情况是否正常律和幅度，对于初步判断建筑物的工作情况是否正常是非常有用的。是

14、非常有用的。 4.1 4.1 概述概述 二、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编观测点沉降量计算表观测点沉降量计算表( (单位单位: :厘米厘米) ) 观观测测点点第一次第一次第二次第二次第三次第三次第四次第四次98.5.2498.7.2098.10.2399.2.24高程高程本本次次沉沉降降量量累累积积沉沉降降量量高程高程本次本次沉降沉降量量累累积积沉沉降降量量高程高程本次本次沉降沉降量量累积累积沉降沉降量量高高程程本本次次沉沉降降量量累累积积沉沉降降量量175.66774.6501.01773.9250.725 1.742277.39776.2791.11875.6700.609

15、1.727377.54876.4071.14575.7200.683 1.828477.71976.6281.09175.9090.719 1.810574.09573.5291.16673.1840.345 1.511674.04872.9171.13172.4710.446 1.577776.29875.3020.99674.5230.779 1.775875.37874.2691.10973.7010.568 1.677 2 1 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 6 7 8 砂土和粘土两种土层的沉降过程线砂土和粘土两种土层的沉降过程线 压力 kg/cm2 时

16、间(年) 沉降量 (mm) 第二 阶段 第一 阶段 第三 阶段 第四 阶段砂土层粘土层 观测点变形过程曲线图观测点变形过程曲线图 （一观测点变形过程线（一观测点变形过程线 （二建筑物变形分布图（二建筑物变形分布图 常用的变形分布图有：常用的变形分布图有：1变形值剖面分布图变形值剖面分布图 这种图是根据某一剖面上各观测点的变形值绘这种图是根据某一剖面上各观测点的变形值绘制而成的。分水平剖面图和竖直剖面图，能更直观制而成的。分水平剖面图和竖直剖面图，能更直观的反映同一水平上的位移、沉降和挠曲的情况。的反映同一水平上的位移、沉降和挠曲的情况。2建筑物或基础沉降等值线图建筑物或基础沉降等值线图 为了了

17、解建筑物或基础的沉降情况，需绘制沉降为了了解建筑物或基础的沉降情况，需绘制沉降等值线图，以及建筑物周边地面的等降曲线图。等值线图，以及建筑物周边地面的等降曲线图。 4.1 4.1 概述概述 二、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编 变形观测点布置及沉降曲线图 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）i ii iiv y vbxay 三、变形监测资料的分析三、变形监测资料的分析 4.1 4.1 概述概述 该阶段是分析归纳建筑物变形过程、变形规律、该阶段是分析归纳建筑物变形过程、变形规律、变形幅度、分析变形的原因，变形值与引起变形因素变形幅度、分析变形的原因，变形值与

18、引起变形因素之间的关系，最好能找出它们之间的函数关系表达式，之间的关系，最好能找出它们之间的函数关系表达式，进而判断建筑物的工作情况是否正常。进而判断建筑物的工作情况是否正常。 在积累大量观测数据后，就可以进一步找出建筑物在积累大量观测数据后，就可以进一步找出建筑物变形的内在原因和规律，从而修正设计的理论以及所变形的内在原因和规律，从而修正设计的理论以及所采用的各类经验公式等。采用的各类经验公式等。一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制二、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编三、变形监测资料的分析三、变形监测资料的分析 具体内容包括：具体内容包括： 成因分析定性分析）：成

19、因分析定性分析）： 成因分析是对结构本身成因分析是对结构本身(内因内因)与作用在结与作用在结构物上的荷载外因），加以分析、研讨，确构物上的荷载外因），加以分析、研讨，确定变形值变化的原因和规律性。定变形值变化的原因和规律性。4.1 4.1 概述概述一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制二、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编三、变形监测资料的分析三、变形监测资料的分析 具体内容包括：具体内容包括： 成因分析定性分析）成因分析定性分析） 4.1 4.1 概述概述 统计分析统计分析 (定量分析定量分析)： 根据成因分析的结果和其他相关影响，对根据成因分析的结果和其他相关影响，

20、对实测数据进行统计分析，剔除粗差和系统误差实测数据进行统计分析，剔除粗差和系统误差的影响，找出分布规律，从而导出变形值与引的影响，找出分布规律，从而导出变形值与引起变形的有关因素之间的函数关系。起变形的有关因素之间的函数关系。一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制二、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编三、变形监测资料的分析三、变形监测资料的分析 具体内容包括：具体内容包括：成因分析定性分析）成因分析定性分析）统计分析定量分析统计分析定量分析) ) 4.1 4.1 概述概述变形预报和安全判断：变形预报和安全判断：在变形分析的基础上，根据求得的变形值在变形分析的基础上，根据

21、求得的变形值与引起变形因素之间的函数关系，预报未来变与引起变形因素之间的函数关系，预报未来变形值的范围、判断建筑物的安全程度。形值的范围、判断建筑物的安全程度。 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制二、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编4.2 4.2 变形观测数据处理的主要内容变形观测数据处理的主要内容 一变形观测数据处理基础一变形观测数据处理基础 1. 测量平差的相关知识测量平差的相关知识 （测量误差理论）（测量误差理论）: (1)变形控制网优化设计最高精度、最小成变形控制网优化设计最高精度、最小成本）；本）； (2)具有固定基准的经典测量平差具有固定基准的经典测量

22、平差(最小二乘法最小二乘法)； (3)缺乏起算数据的秩亏自由网平差广义逆矩缺乏起算数据的秩亏自由网平差广义逆矩阵）。阵）。 2. 2.数学和数理统计的有关理论数学和数理统计的有关理论: : (1) (1)随机变量及其概率分布；随机变量及其概率分布； (2)(2)假设检验原理与方法稳定性检验等）；假设检验原理与方法稳定性检验等）； (3)(3)随机过程及其特征；随机过程及其特征； (4)(4)模糊数学。模糊数学。4.2 4.2 变形观测数据处理的主要内容变形观测数据处理的主要内容 一变形观测数据处理基础一变形观测数据处理基础 二变形观测数据预处理二变形观测数据预处理 1. 检查、计算各项观测数据

23、是否满足检查、计算各项观测数据是否满足要要求；求； 2.基准点基准点(或工作基点或工作基点)稳定性检验稳定性检验;NoImage 3. 3.回归分析回归分析; ; 4. 4. 系统误差判别和检查系统误差判别和检查; ; 5. 5. 数据筛选与粗差探测数据筛选与粗差探测; ; (1) (1)拟合、推估、配置、滤波平滑）；拟合、推估、配置、滤波平滑）； (2)(2)频谱分析法等时动态）；频谱分析法等时动态）； (3)(3)小波分析法非平稳、不等时）。小波分析法非平稳、不等时）。4.2 4.2 变形观测数据处理的主要内容变形观测数据处理的主要内容 一变形观测数据处理基础一变形观测数据处理基础 二变形

24、观测数据预处理二变形观测数据预处理三变形分析、预报建模理论与方法三变形分析、预报建模理论与方法 1. 曲线拟合与多元回归分析法静态）；曲线拟合与多元回归分析法静态）； 2. 时间序列分析模型时间序列分析模型(自相关、动态模型自相关、动态模型ARMA); 3. Kalman滤波模型滤波模型(60年代，实时、动态、年代，实时、动态、递推递推); 3. 频谱分析模型频谱分析模型(等时动态等时动态); 4. 灰色系统分析模型灰色系统分析模型(华中理工大学邓聚龙华中理工大学邓聚龙82年年); 5. 人工神经网络分析模型人工神经网络分析模型(80年代，非线性、年代，非线性、动态动态)； 6. 遗传算法分析

25、模型。遗传算法分析模型。第一章第一章 变形测量概述变形测量概述第二章第二章 垂直位移与水平位移观测垂直位移与水平位移观测第三章第三章 变形观测新技术及工程实例变形观测新技术及工程实例第四章第四章 变形观测数据处理变形观测数据处理总复习总复习本课程的主要内容本课程的主要内容第一章第一章 重点内容与思考题重点内容与思考题 1 1什么是工程建筑物的变形？对工程建筑物进什么是工程建筑物的变形？对工程建筑物进行变形监测的意义何在？行变形监测的意义何在？2 2工程建筑物产生变形的主要原因，及变形的工程建筑物产生变形的主要原因，及变形的分类？分类？3 3变形监测的主要任务和目的？变形监测的主要任务和目的？4

26、 4高层建筑的主要变形特点？高层建筑的主要变形特点？5 5制约变形监测质量的主要因素有哪些？制约变形监测质量的主要因素有哪些？6 6确定变形监测精度的目的和原则？确定变形监测精度的目的和原则？7 7确定变形监测的频率主要由哪些因素决定？确定变形监测的频率主要由哪些因素决定？应遵循什么原则？应遵循什么原则？8 8简述变形监测的主要技术、特点和适用场合。简述变形监测的主要技术、特点和适用场合。 1 1测量标志按其性质和用途分别分为哪几种？测量标志按其性质和用途分别分为哪几种？ 2 2什么叫变形点？有哪些结构要求？什么叫变形点？有哪些结构要求？ 3 3什么叫工作基点？平高点？什么叫工作基点？平高点？

27、 4 4什么叫基准点？基准点的结构和埋置分别有哪些要求？什么叫基准点？基准点的结构和埋置分别有哪些要求？ 5 5高程基准点为何采用双金属标志？试用公式推导说明双金高程基准点为何采用双金属标志？试用公式推导说明双金 属标志的原理。属标志的原理。 6 6垂直位移观测的主要内容和测量方法有哪些？垂直位移观测的主要内容和测量方法有哪些？ 7 7简述沉降观测点布置的基本要求与具体方法。简述沉降观测点布置的基本要求与具体方法。 8 8什么是沉降水准测量？沉降观测有哪几种方法？什么是沉降水准测量？沉降观测有哪几种方法？ 9 9沉降水准测量的精度等级是如何确定的？沉降水准测量的精度等级是如何确定的？1010沉

28、降水准测量的主要误差来源？测站中误差如何确定？沉降水准测量的主要误差来源？测站中误差如何确定？第二章第二章 重点内容与思考题重点内容与思考题 1111水准线路的环线闭合差及限差如何确定？水准线路的环线闭合差及限差如何确定？1212观测点高程的中误差如何计算加权）？观测点高程的中误差如何计算加权）？1313什么是水准线路的最弱点？最弱点的沉降量及其精度是如什么是水准线路的最弱点？最弱点的沉降量及其精度是如 何计算的？何计算的？1414沉降水准测量实施有哪些要求和注意事项？其观测周期如沉降水准测量实施有哪些要求和注意事项？其观测周期如 何确定？何确定？1515三角高程测量的基本原理？有哪些误差？如

29、何消除或减小三角高程测量的基本原理？有哪些误差？如何消除或减小 误差的影响？误差的影响？1616倾斜测量的概念？地面倾斜测量主要有哪几种方法？倾斜测量的概念？地面倾斜测量主要有哪几种方法？1717倾斜测量仪如何分类？主要有哪几种？倾斜测量仪如何分类？主要有哪几种？1818液体静力水准测量的基本原理？其读数方法有哪几种？液体静力水准测量的基本原理？其读数方法有哪几种？1919液体静力水准测量主要误差来源？适用场合？液体静力水准测量主要误差来源？适用场合？第二章第二章 重点内容与思考题重点内容与思考题 20简述基准线法进行水平位移观测的基本原理，简述基准线法进行水平位移观测的基本原理，及需注意的主

30、要问题。及需注意的主要问题。21基准线法主要有哪几种具体观测方法？各有何基准线法主要有哪几种具体观测方法？各有何优缺点？主要误差来源？优缺点？主要误差来源？22基准线端点的检核主要有哪几种方法？如两端基准线端点的检核主要有哪几种方法？如两端点确有位移，则对观测点偏离值有何影响，推导公点确有位移，则对观测点偏离值有何影响，推导公式并分析其精度。式并分析其精度。23推导并分析测小角法的精度公式，如何确定测推导并分析测小角法的精度公式，如何确定测小角法的观测测回数？小角法的观测测回数？24绘图说明前方交会法进行水平位移观测的基本绘图说明前方交会法进行水平位移观测的基本原理，并计算位移值。原理，并计算位移值。第二章第二章 重点内容与思考题重点内容与思考题第二章第二章 重点内容与思考题重点内容与思考题25简述建筑物产生倾斜和裂缝的主要原因。简