7第7章工程的变形监测和数据处理方案ppt课件

1、2022-2-71第七章 工程建筑物的变形监测 2022-2-72 7.1 变形监测的根底知识变形监测的根底知识 7.2 变形监测方案设计变形监测方案设计 7.3 变形观测数据处置变形观测数据处置 7.4 变形监测资料整理、成果表达和解释变形监测资料整理、成果表达和解释第七章 工程建筑物的变形监测 2022-2-737.1 变形监测的根底知识7.1.1 变形监测的定义和分类7.1.2 工程变形监测的意义和特点7.1.3 变形影响因子和变形模型7.1.4 变形监测的技术和方法 2022-2-747.1 变形监测的根底知识7.1.1 变形监测的定义和分类 什么是变形监测？什么是变形体？为什么要进展

2、变形监测？变形监测的内容及分类2022-2-757.1.1.1变形监测的定义变形监测： 对监视对象或物体(简称变形体)进展定期丈量以确定其空间位置随时间的变化特征。 包括全球性、区域性、和工程建筑物的变形监测。 定期丈量那么是时间上的离散观测，分静态变形和动态变形监测 2022-2-767.1.1.1变形监测的定义变形监测的对象-变形体 变形体用有代表性的位于变形体空间上离散的监测点来代表，监测点的空间位置随时间的变化可以描画变形体的变形 对于工程的平安来说，变形监测为变形分析提供根底数据，变形分析又是为变形预告效力的。根据变形预告来修正监测方案，指点工程管理、整治和灾祸预防。 变形监测是根底

3、，变形分析是手段，变形预告是目的。2022-2-777.1.1.2变形监测的分类 工程建筑物的变形分为： 1变形体本身的形变 2变形体的刚体位移。 1变形体本身的形变： 伸缩、错动、弯曲和改动。 2变形体的刚体位移: 整体平移、转动、升降和倾斜。 2022-2-787.1.1.2变形监测的分类 变形监测主要分程度位移监测、垂直位移监测两大类，还包括倾斜、扰度、偏距、震动、裂痕和伸缩、错动、弯曲、改动等的监测。 程度位移和垂直位移监既可描画变形体的刚体位移，也可描画变形体本身的形变。 2022-2-797.1.1.3变形监测的内容 获取变形几何量： 程度位移、垂直位移以及偏距、倾斜、扰度、弯曲、

4、改动、震动、裂痕等。 获取与变形有关的影响因子物理量：温度、气压，应力、应变、水位、水压，渗流、渗压、扬压，静荷载、动荷载以及时间等。 本章主要讲述工程建筑物的变形监测。 2022-2-7107.1.2 工程变形监测的意义和特点7.1.2.17.1.2.1变形监测的意义变形监测的意义 1 1、实意图义：、实意图义： 保证工程平安。保证工程平安。 2 2、科学意义：、科学意义： 解释变形的机理，解释变形的机理， 验证变形的假说，验证变形的假说， 检验设计能否合理，检验设计能否合理， 为修正设计、制定规范提供为修正设计、制定规范提供根据。根据。2022-2-7117.1.2 工程变形监测的意义和特

5、点7.1.2.27.1.2.2变形监测的特点变形监测的特点1 1变形监测贯穿于工程建立和运营的一直，变形监测贯穿于工程建立和运营的一直，需求进展长期的反复观测。需求进展长期的反复观测。2 2精度差别很大，有极高精度要求。不同工精度差别很大，有极高精度要求。不同工程建筑程建筑 物、不同阶段、不同的变形监测工物、不同阶段、不同的变形监测工程，要求的精度不同，相差非常大。程，要求的精度不同，相差非常大。 对变形监测常采用一种极高精度要求：对变形监测常采用一种极高精度要求：即即“以当时能到达的最高精度为规范进展变以当时能到达的最高精度为规范进展变形观测。形观测。 3 3对遥控、遥测和自动化要求更高。对

6、遥控、遥测和自动化要求更高。 2022-2-712 变形监测的精度举例 项 目位移中误差限值水平位移坝 体重 力 坝1.0mm拱 坝径 向2.0mm切 向1.0mm坝 基重 力 坝0.3mm拱 坝径 向0.3mm切 向0.3mm坝体、坝基垂直位移坝顶1.0mm坝基0.3mm坝体、坝基挠度0.3mm倾 斜坝 体5.0坝 基1.0坝体表面接缝与裂缝0.2mm近坝区岩体水 平 位 移2.0mm垂直位移2.0mm滑坡体和高边坡水 平 位 移3.0(岩质边坡)5.0 (土质边坡)垂 直 位 移3.0mm裂 缝1.0mm2022-2-7137.1.3 变形影响因子和变形模型7.1.3.1 变形影响因子 变

7、形缘由的时间特征表现为急剧变化、随机变化、近似线性变化、周期变化等多种情况。我们将引起变形的缘由称为变形影响因子。 变形影响因子中，有的是可丈量的，有的是难于定量描画的，应对引起工程建筑物变形的影响因子进展定期丈量或与变形监测同步同时丈量。 2022-2-7147.1.3 变形影响因子和变形模型7.1.3.1 变形影响因子 引起工程建筑物变形的缘由有多种多样，如地壳运动、根底形变、地下开采、地下水位变化、作用在工程建筑物上的各种荷载包括风、日光、雪、冰、暴雨、水压、地震、滑坡、泥石流、自重、桥上的车辆等以及机械设备安装偏离设计值、 温度、 气候变化等。 2022-2-7157.1.3 变形影响

8、因子和变形模型7.1.3.2 变形体的几何模型变形监测： 空间离散化监测点 时间离散化周期性监测 变形体的的相对运动即本身的形变可经过对目的点之间的衔接元素进展周期性或延续性丈量(称相对定位)得到。 变形体的绝对运动那么是经过对位于变形体之外的参考点、任务基点与位于变形体之上的目的点之间的衔接元素进展周期性或延续性的丈量(称绝对定位)得到。2022-2-7167.1.3 变形影响因子和变形模型7.1.3.2 变形体的几何模型 定义参见图7-1 ： 参考点、目的点及其它们之间的衔接称为变形体的几何模型。 概念： 变形体空间上的离散化：监测点目的点 时间上的离散化：周期性监测、继续性监测 相对定位

9、、绝对定位 参考点、目的点 不变量、可变量2022-2-717变形体的几何模型图7-1图7-1 变形体的几何模型 2022-2-7187.1.3 变形影响因子和变形模型2022-2-7197.1.3 变形影响因子和变形模型7.1.3.3 变形模型的普通表达式 一个变形影响因子或称影响因子引起变形体在时辰的变形量，不仅与该时辰的变形影响因子大小有关，而且与该时辰以前各时辰的变形影响因子大小有关。 动态变形模型的普通数学表达式： 式中： 为 时辰变形影响因子的大小， 为它的权函数，相当于对变形量 的奉献， 为回返时间间隔。 ()x t2022-2-7207.1.3 变形影响因子和变形模型2022-

10、2-7212022-2-722 2、渐变模型图7-2(b)： 2022-2-723 二、周期变形图二、周期变形图7-2(c)7-2(c) 2022-2-724三、运动型变形模型 在许多情况下在许多情况下如滑坡，变形影如滑坡，变形影响因子的大小是随机响因子的大小是随机性变化且不可量测的，性变化且不可量测的，或者虽可量测而难于或者虽可量测而难于建立影响因子与变形建立影响因子与变形间的函数模型。运动间的函数模型。运动模型把变形视为时间模型把变形视为时间的函数：的函数： 2022-2-7257.1.4 变形监测的技术和方法 7.1.4.1 常规的大地丈量方法7.1.4.2 特殊的大地丈量方法7.1.4

11、.3 现代高新丈量方法 7.1.4.4 裂痕和振动观测方法 2022-2-7267.1.4 变形监测的技术和方法 7.1.4.1 常规的大地丈量方法 指用常规的大地丈量仪器丈量方向、角度、边长、基线和高差等量所采用方法的总称。 常规的大地丈量仪器： 光学经纬仪、光学水准仪、电磁波测距仪、电子经纬仪、电子水准仪、电子全站仪、GPS接纳机等 常规大地丈量方法： 网观测法，视准线法、交会法、极坐标法、几何水准法、精细测距三角高程法等。2022-2-7277.1.4 变形监测的技术和方法 7.1.4.2特殊的大地丈量方法 包括微间隔及其变化的丈量方法、液体静力水准丈量、基准线法、倾斜丈量、挠度丈量和传

12、感器丈量等方法，见本书第3章3.4节 2022-2-7287.1.4 变形监测的技术和方法 7.1.4.3现代高新丈量方法 有三维激光扫描丈量法、合成孔径雷达丈量方法、远程微形变雷达丈量方法以及摄影丈量方法等，见本书第3章有关部分 2022-2-7297.1.4 变形监测的技术和方法 7.1.4.4 裂痕和振动观测方法 1裂痕观测法。工程建筑物的裂痕观测内容包括对裂痕编号，观测裂痕的位置、走向、长度、宽度等，对于重要的裂痕，要埋设如图7-4所示的观测标志，用游标卡尺定期地测定两个标志头之间间隔的变化，确定裂痕的开展情况。 1-钻孔后回填的混凝土，2-观测标志， 3-裂痕，4-游标卡尺的标志头图

13、7-4裂痕观测标志2022-2-7307.1.4 变形监测的技术和方法 7.1.4.4 裂痕和振动观测方法裂痕和振动观测方法 2振动观测法。而对于塔式建筑物，振动观测法。而对于塔式建筑物，在温度和风力荷载作用下，其挠曲会来在温度和风力荷载作用下，其挠曲会来回摆动，从而就需求对建筑物进展动态回摆动，从而就需求对建筑物进展动态观测观测振动摆动观测。有的桥梁振动摆动观测。有的桥梁也需进展振动观测，对于特高的房屋建也需进展振动观测，对于特高的房屋建筑，也存在振动景象，例如美国的帝筑，也存在振动景象，例如美国的帝国大厦，高国大厦，高102层，观测结果阐明，层，观测结果阐明， 风风荷载下，最大摆动达荷载下

14、，最大摆动达7.6cm。 为了观测建筑物的振动，可采用专门的为了观测建筑物的振动，可采用专门的光电观测系统，其原理与激光铅直类似。光电观测系统，其原理与激光铅直类似。采用全球定位系统采用全球定位系统GPS技术可作继技术可作继续动态的振动观测。续动态的振动观测。7.2 变形监测方案设计变形监测方案设计变形监测方案设计内容变形监测方案设计内容1监测方法选择监测方法选择2变形监测网和变形监测点布设变形监测网和变形监测点布设3丈量精度所需的丈量精度丈量精度所需的丈量精度 ，对于监测网，是确定目的点坐标对于监测网，是确定目的点坐标、的允许精度或坐标差的允许精度的允许精度或坐标差的允许精度 4观测周期数施

15、测的次数观测周期数施测的次数5两周期之间的时间间隔两周期之间的时间间隔t 6一周期所允许的观测时间一周期所允许的观测时间 7.2 变形监测方案设计变形监测方案设计几个名词几个名词 丈量精度丈量精度 估计最大变形量估计最大变形量 变形监测分辨率变形监测分辨率变形速率变形速率 周期时间周期时间 一周期所允许的观测时间一周期所允许的观测时间7.2.1典型变形的监测设计典型变形的监测设计7.2.1.1 非周期变形的监测设计非周期变形的监测设计丈量精度丈量精度 与估计的最大变形量与估计的最大变形量y准确性差有关：准确性差有关： y：变形监测分辨率，相邻两周期间：变形监测分辨率，相邻两周期间能以一定概率能

16、以一定概率(如如P=95%)区分的最小变区分的最小变形量。形量。y = 10y。或7.2.1.1 非周期变形的监测设计非周期变形的监测设计 突变模型：末期观测必需在变形趋于平缓的时突变模型：末期观测必需在变形趋于平缓的时辰进展：辰进展： T为与变形体有关的时间常数，根据实验和为与变形体有关的时间常数，根据实验和阅历确定。阅历确定。 在在 和和 之间要进展多期观测。设第之间要进展多期观测。设第 与与 期期间时间间隔为间时间间隔为t ，t与与y和变形速率和变形速率 有关有关： 7.2.1.1 非周期变形的监测设计非周期变形的监测设计 初期，由于 较大且不准确，故t较小且误差较大；后期， 值愈来愈小

17、且愈来愈准确，t 会愈来愈大且愈来愈准确。一周期所允许的观测时间 应满足： 的大小对丈量方法的选择很有意义。 7.2.1.2 周期变形的监测设计周期变形的监测设计7.2.1.2 周期变形的监测设计周期变形的监测设计 t与周期时间 有关，有 m=2，表示只对两个极值有兴趣且准确地知道所发生的时间，如在大坝的最高水位和最低水位时观测。 m=20， 满足 7.2.1.3 运动式变形的监测设计运动式变形的监测设计 丈量精度根据要求监测的最小变形量来确 定，即要求满足 t应满足 每一次的观测时间 由下式估算。7.2.2 丈量方案设计需思索的问题丈量方案设计需思索的问题 7.2.2.1 确定丈量精度时需思

18、索的问题 对于监测网，要将坐标精度转化为观侧值的精度。网的模拟优化设计：确定观测方案，确定观测元素如方向、间隔、高差、GPS基线边长等及其精度丈量精度选取：仪器的标称精度、外界影响，应有一定富余。按设计的丈量方案和精度计算出各目的点坐标的精度，应完全满足要求。 7.2.2.1 确定丈量精度时需思索的问题确定丈量精度时需思索的问题 1971年国际丈量师结合会(FIG)第十三届会议上工程丈量组提出：“假设观测的目的是为了使变形值不超越某一允许的数值而确保建筑物的平安，那么其观测的中误差应小于允许变形值的1/101/20；假设观测的目的是为了研讨其变形的过程，那么其中误差应比这个数小得多。普遍的观念

19、是：应采用当时所能获得的最好丈量仪器和技术，到达其最高精度不同类型工程建筑物，其精度要求差别较大；同一建筑物，不同部位、不同时间对观测精度的要求也不一样。 建筑物变形丈量等级及精度建筑物变形丈量等级及精度变形变形测量测量等级等级 沉降观测沉降观测 位移观测位移观测 适用范围适用范围 观测点测站高差观测点测站高差中误差中误差 （mm） 观测点坐标观测点坐标中误差（中误差（mm） 特级特级 0.05 0.3 特种精密工程，重要科研项目变形特种精密工程，重要科研项目变形观测观测 一级一级0.15 1.0 高精度要求的大型建筑物，科研项高精度要求的大型建筑物，科研项目变形观测目变形观测 二级二级 0.

20、50 3.0 中等精度要求的建筑物和科研项目中等精度要求的建筑物和科研项目变形观测；重要建筑物主体倾斜观变形观测；重要建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测测、场地滑坡观测 三级三级 1.50 10.0 低精度要求的建筑物变形观测；一低精度要求的建筑物变形观测；一般建筑物主体倾斜观测、场地滑坡般建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测观测 7.2.2.2 确定周期方面需思索的问题确定周期方面需思索的问题一、观测周期数确实定一、观测周期数确实定 观测周期数取决于变形的大小、速度及观测观测周期数取决于变形的大小、速度及观测的目的，且与工程规模、监测点数量、位的目的，且与工程规模、监测点数量、位置以及观测一次所需

21、时间有关。在工程建置以及观测一次所需时间有关。在工程建筑物建成初期，变形速度较快，观测周期筑物建成初期，变形速度较快，观测周期应多一些，随着建筑物趋向稳定，可减少应多一些，随着建筑物趋向稳定，可减少观测次数；但仍应坚持观测，以便发现异观测次数；但仍应坚持观测，以便发现异常变化。常变化。及时进展第一周期观测具有重要意义，推迟及时进展第一周期观测具有重要意义，推迟初始丈量能够失去曾经发生的变形，应特初始丈量能够失去曾经发生的变形，应特别注重第一周期观测的质量，以后各周期别注重第一周期观测的质量，以后各周期的成果要与第一期比较。的成果要与第一期比较。大坝变形观测周期选择表大坝变形观测周期选择表 变形

22、种类变形种类 水库蓄水前水库蓄水前 水库蓄水库蓄水水 水库蓄水水库蓄水后后23年年 正常运营正常运营 混凝土坝：混凝土坝：沉陷沉陷相对水平位移相对水平位移绝对水平位移绝对水平位移土石坝：土石坝：沉陷和水平沉陷和水平位移位移 1个月个月半个月半个月0.51个月个月1季度季度 1个月个月1周周1季度季度1个月个月 36个月个月半个月半个月1季度季度1季度季度 半年半年1个月个月612个月个月半年半年 7.2.2.2 确定周期方面需思索的问题确定周期方面需思索的问题 大坝运转期间，观测时辰的选择也很重要，特别是为大坝运转期间，观测时辰的选择也很重要，特别是为了确定能否存在程度位移有向下游方向的趋势性

23、变化了确定能否存在程度位移有向下游方向的趋势性变化，参数，参数能否显著。能否显著。 7.2.2.2 确定周期方面需思索的问题确定周期方面需思索的问题 7.2.2.2 确定周期方面需思索的问题确定周期方面需思索的问题二、一周期内观测时间确实定一周期内一切丈量任务需在允许的时间间隔t内完成。否那么，周期内的变形将歪曲目的点的坐标值。长周期变形，t可达几天甚至数周，可选用各种大地丈量仪器和技术。日周期变形，t为数非常钟，可选用快速丈量仪器和技术，如GPS、Georobot。短周期变形，t仅为数分甚至数秒，需求思索采用摄影丈量方法或自动化丈量方法。 7.2.3.3 确定费用时需思索的问题确定费用时需思

24、索的问题 总费用包括：总费用包括：1建立监测系统的一次性破费。建立监测系统的一次性破费。 2每一个观测周期的破费。每一个观测周期的破费。3维护和管理费。维护和管理费。 当变形监测工程所要求的观测周期较少时当变形监测工程所要求的观测周期较少时，采用常规大地丈量方法较好；，采用常规大地丈量方法较好； 假设观测周期多且周期中丈量继续时间较假设观测周期多且周期中丈量继续时间较短，应采用特殊的丈量方法，研制公用仪短，应采用特殊的丈量方法，研制公用仪器，建立全自动化监测系统。器，建立全自动化监测系统。7.2.2.4 其他方面需思索的问题其他方面需思索的问题 1在监测时，变形体不能被触及，更不准许人在监测时

25、，变形体不能被触及，更不准许人在上面行走，否那么将影响其变形形状在上面行走，否那么将影响其变形形状 2 只需在一定的时候才干到达变形体，在变形只需在一定的时候才干到达变形体，在变形体上任务有特别的危险性，这种情况，许多丈量体上任务有特别的危险性，这种情况，许多丈量方法也不能采用方法也不能采用 3有的变形监测义务仅在于将变形体的原始形有的变形监测义务仅在于将变形体的原始形状保管下来，一旦该监测对象发生了变化，那么状保管下来，一旦该监测对象发生了变化，那么经过丈量来比较和证明所发生变化的情况，这时经过丈量来比较和证明所发生变化的情况，这时宜采用摄影丈量方法，其优点是初始丈量的费用宜采用摄影丈量方法

26、，其优点是初始丈量的费用少，在需求时可对丰富的摄影信息进展详细处置少，在需求时可对丰富的摄影信息进展详细处置乃至空间分析。乃至空间分析。 4基于下述缘由，应采用自动化监测方法基于下述缘由，应采用自动化监测方法 需求作继续动态监测，或变形的速度太快；需求作继续动态监测，或变形的速度太快； 监测点太多，人工观测任务量很大，或需求同一监测点太多，人工观测任务量很大，或需求同一时辰获得许多个监测点的变形；时辰获得许多个监测点的变形； 要求监测的时间间隔太短。变形过程需求短时间要求监测的时间间隔太短。变形过程需求短时间间隔的观测数据描画；间隔的观测数据描画； 监测环境太恶劣，如噪声、高压、高热、高磁场监

27、测环境太恶劣，如噪声、高压、高热、高磁场等对人体有危害，或人无法到达；等对人体有危害，或人无法到达； 要求变形监测作业不影响日常消费和运转管理要求变形监测作业不影响日常消费和运转管理 当变形量到达一定的值时，对变形体本身或环境当变形量到达一定的值时，对变形体本身或环境将呵斥宏大危害，但这种危害可经过事先报警而将呵斥宏大危害，但这种危害可经过事先报警而防止或减小时，宜采用自动化的继续监测系统，防止或减小时，宜采用自动化的继续监测系统，用计算机进展实时监控检核，需求时报警。用计算机进展实时监控检核，需求时报警。 7.3 变形观测数据处置变形观测数据处置变形观测数据处置变形观测数据处置监测网的周期观

28、测数据处置监测网的周期观测数据处置各监测点上的监测数据处置各监测点上的监测数据处置变形分析变形分析变形预告变形预告 7.3.2 监测网参考点的稳定性分析监测网参考点的稳定性分析 参考点稳定性分析目的：参考点稳定性分析目的：对参考网进展周期观测的目的在于检查参考对参考网进展周期观测的目的在于检查参考点能否都是稳定的。经过检验，选出真正的点能否都是稳定的。经过检验，选出真正的稳定点作为监测网的固定基准，从而可确定稳定点作为监测网的固定基准，从而可确定监测体上目的点的变形。监测体上目的点的变形。 方法：平均间隙方法：平均间隙-最大间隙法、组合后验方差最大间隙法、组合后验方差检验法检验法 高斯高斯-

29、-马尔可夫模型：马尔可夫模型： 参考点坐标向量的估值及协因数矩阵参考点坐标向量的估值及协因数矩阵 7.3.2.1 7.3.2.1 平均间隙平均间隙- -最大间隙法最大间隙法 由d 及 构成的二次型 称为平均间隙。整体检验参考网的叠合分析： 零假设备择假设 成立，即ddQ7.3.2.1 7.3.2.1 平均间隙平均间隙- -最大间隙法最大间隙法构成统计量当零假设成立时，阐明参考点不存在显著性变形。当备择假设成立时，阐明参考点存在显著性变形。做分解： 7.3.2.1 平均间隙平均间隙-最大间隙法最大间隙法做以下变换做以下变换 构造二次型：构造二次型： 7.3.2.1 平均间隙平均间隙-最大间隙法最

30、大间隙法 称 为动点间隙， 为其他点的平均间隙。 对一切的参考点，均轮换做上述分解并计算 , 其中最大的一个称为最大间隙，最大间隙所对应的点为显著性变形点。 对剩下的平均间隙 再反复上述的整体检验，直至整体检验经过。 7.3.2.1 平均间隙平均间隙-最大间隙法最大间隙法 经过上述检验，参考网假设存在至少两个稳定点，可作约束平差。假设少于两个稳定点，那么应进展拟稳平差。7.3.2.1 平均间隙平均间隙-最大间隙法最大间隙法拟稳平差：拟稳平差： 把参考网点当做拟稳点，拟稳点的权根据其上的位移向量大小按一定的规那么确定，如 表示第j点的位移向量， 是一个小的正数。在确定出固定基准或拟稳基准后，所计

31、算出动点以及目的点的位移向量那么是相对于基准的真实位移，利用所求的位移及其精度就可以进展变形体变形模型鉴别和变形参数的估计。 7.3.2.2 组合后验方差检验法组合后验方差检验法7.3.2.2 组合后验方差检验法组合后验方差检验法组合后验方差检验法的计算步骤如下：组合后验方差检验法的计算步骤如下：1根据基准点数进展基准点组合，如有根据基准点数进展基准点组合，如有m个基准点，那么可取个基准点，那么可取m个、个、 m -1个、个、 m -2个、个、 m - k个基准点的组合，但不能小于个基准点的组合，但不能小于2，当等于，当等于2时，所选的点不能相距太近。按时，所选的点不能相距太近。按组合计算公式

32、得基准点为定值时的组合个数组合计算公式得基准点为定值时的组合个数2对每一组协作后验方差检验。假设零假对每一组协作后验方差检验。假设零假设不成立，可得到显著变动的基准点，剔除设不成立，可得到显著变动的基准点，剔除统计量最大即变动最大的基准点，对余下的统计量最大即变动最大的基准点，对余下的基准点再作迭代计算，直到检验经过或只需基准点再作迭代计算，直到检验经过或只需两个基准点为止两个基准点为止 7.3.2.2 组合后验方差检验法组合后验方差检验法 2 检验的原假设和备选假设为： 构成统计量： 式中， 为后验单位权方差， 为先验单位权方差， 为多余观测数自在度，采用单尾检验， 为显著程度，普通取0.0

33、5 22200022100:():()HEHE7.3.2.2 组合后验方差检验法组合后验方差检验法当当 时，备选假设成立，阐明有基时，备选假设成立，阐明有基准点发生了显著变动，准点发生了显著变动， 为分位值为分位值当基准点数小于当基准点数小于2时，阐明无足够的知点，时，阐明无足够的知点，“组合后验方差检验法无效。此时可采用自组合后验方差检验法无效。此时可采用自在网平差或拟稳平差，即以网的重心为基准在网平差或拟稳平差，即以网的重心为基准。但也有缺陷，由于拟稳点或自在网点并不。但也有缺陷，由于拟稳点或自在网点并不一定满足随机微小变动的假设。一定满足随机微小变动的假设。7.3.3 变形分析变形分析

34、变形分析包括静态、似静态点场分析拟在划分变形分析包括静态、似静态点场分析拟在划分稳定点和变形点。稳定点和变形点。对变形点的变形可用综合变形模型计算刚体变对变形点的变形可用综合变形模型计算刚体变形及相对形变参数、运动模型计算速度、加速形及相对形变参数、运动模型计算速度、加速度和动力学模型描画根据受力与变形的函数关度和动力学模型描画根据受力与变形的函数关系确定变形。系确定变形。7.3.3变形分析变形分析 变形分析分为：变形的几何分析和物了解释几何分析在于确定变形量的大小、方向及其变化，即变形体形状的动态变化。物了解释在于确定引起变形的缘由例如是由某种荷载为主引起的周期性变形，和确定变形的方式属于弹

35、性变形还是塑性变形，是本身内部形变还是整体变形等总的来说，变形监测是根底，变形分析是手段，变形预告是目的，变形观测数据处置的过程就是进展变形分析和预告的过程。7.3.3 变形分析变形分析 7.3.3.1 7.3.3.1 回归分析法回归分析法 回归分析是处置变量之间相关关系的一回归分析是处置变量之间相关关系的一种数理统计方法。种数理统计方法。 变形值变形值( (亦称效应量，如位移、沉陷、挠度、亦称效应量，如位移、沉陷、挠度、倾斜等倾斜等) )为系统的输出，影响因子亦称环境量，为系统的输出，影响因子亦称环境量，如库水位、气温、气压、坝体混凝土温度、渗如库水位、气温、气压、坝体混凝土温度、渗流、渗压

36、以及时间等为系统的输入，将输入流、渗压以及时间等为系统的输入，将输入称自变量，输出称因变量。称自变量，输出称因变量。 用回归分析方法近似地估计变形与影响因子用回归分析方法近似地估计变形与影响因子间的函数关系。根据这种函数关系可以解释变间的函数关系。根据这种函数关系可以解释变形产生的缘由，同时也可以进展预告，自变量形产生的缘由，同时也可以进展预告，自变量取估计值时变形的预告值。取估计值时变形的预告值。 重要概念：重要概念：1 1回归分析既是一种统计计算方法，又是一种变形回归分析既是一种统计计算方法，又是一种变形的物了解释方法。的物了解释方法。2 2假设只是两个变量之间的问题，即一个自变量的假设只

37、是两个变量之间的问题，即一个自变量的情况，称一元回归。情况，称一元回归。3 3假设两个变量之间存在线性函数关系，那么为直假设两个变量之间存在线性函数关系，那么为直线回归。假设为非线性关系，有两种处置方法：线回归。假设为非线性关系，有两种处置方法： 1 1根据散点图和常见的函数曲线进展匹配，经根据散点图和常见的函数曲线进展匹配，经过变量变换把曲线问题化为直线问题；过变量变换把曲线问题化为直线问题； 2 2用多项式拟合任一种非线性函数，经过变量用多项式拟合任一种非线性函数，经过变量变换把一元非线性回归问题化为多元线性回归问题变换把一元非线性回归问题化为多元线性回归问题。 直线回归方为：直线回归方为

38、： 双曲线方程：双曲线方程： 代换：代换： 化为一元直线回归问题：化为一元直线回归问题： 7.3.3.1 回归分析法回归分析法7.3.3.1 回归分析法回归分析法关系：总离差平方和关系：总离差平方和 S 等于残差平方和等于残差平方和 Q 加加上回归平方和上回归平方和 U。 S = Q + U 几何意义：总离差平方和为变形观测值与变形几何意义：总离差平方和为变形观测值与变形观测值的平均值之差的平方和，残差平方和为观测值的平均值之差的平方和，残差平方和为变形观测值与变形观测值的回归值之差的平方变形观测值与变形观测值的回归值之差的平方和，回归平方和为变形观测值的回归值与变形和，回归平方和为变形观测值

39、的回归值与变形观测值的平均值之差的平方和。观测值的平均值之差的平方和。 7.3.3.1 回归分析法回归分析法 回归平方和回归平方和 U 为经过回归之后使总离差平方和为经过回归之后使总离差平方和 S 减少的那一部分，减少的那一部分，U 愈大，表示回归效果愈好；愈大，表示回归效果愈好； 残差平方和残差平方和 Q 表示经过回归之后自变量对因变量表示经过回归之后自变量对因变量的非线性影响及它们的丈量误差影响部分，回归的非线性影响及它们的丈量误差影响部分，回归计算公式是以计算公式是以 Q 等于最小的原理推导的。等于最小的原理推导的。 在在S 一定的情况下，一定的情况下，Q 愈小，那么愈小，那么U 愈大。

40、愈大。Q 愈愈小，小， 愈小，另外，变形影响因子的个数愈小，另外，变形影响因子的个数m愈少，愈少， 也愈小。在用回归模型进展预告或控制时，应选也愈小。在用回归模型进展预告或控制时，应选用尽能够少的影响因子，到达尽能够高的拟合度用尽能够少的影响因子，到达尽能够高的拟合度，即，即Q、m 都尽能够地小。都尽能够地小。20S7.3.3.1 回归分析法回归分析法7.3.3.2 其他方法其他方法时间序列分析法时间序列分析法频谱分析法频谱分析法模糊人工神经网络法模糊人工神经网络法小波分析法小波分析法7.4 7.4 变形监测资料整理、成果表达和解释变形监测资料整理、成果表达和解释 7.4.1 变形监测资料整理

41、变形监测资料整理 7.4.2 成果表达成果表达 7.4.3 成果解释成果解释 7.4.1 变形监测资料整理变形监测资料整理1 1、变形观测资料：、变形观测资料：包括自动采集或人工采集的各种原始观测数包括自动采集或人工采集的各种原始观测数据。据。对原始观测资料进展聚集、审核、整理、编对原始观测资料进展聚集、审核、整理、编排，使之集中、系统化、规格化和图表化排，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整理。，并刊印成册称为观测资料整理。观测资料整理自动化观测资料整理自动化 2 2、资料整理的主要内容：、资料整理的主要内容：1 1搜集资料如：工程或观测对象的资搜集资料如：工程或观测对

42、象的资料、考证资料、观测资料及有关文件等料、考证资料、观测资料及有关文件等。2 2审核资料如：检查搜集的资料能否审核资料如：检查搜集的资料能否齐全、审查数据能否有误或精度能否符合齐全、审查数据能否有误或精度能否符合要求、对间接资料进展转换计算、对各种要求、对间接资料进展转换计算、对各种需求修正的资料进展计算修正、审查平常需求修正的资料进展计算修正、审查平常分析的结论意见能否合理等。分析的结论意见能否合理等。3 3填表和绘图将已核数据资料分类填填表和绘图将已核数据资料分类填入成果统计表；绘制各种过程线、相关线入成果统计表；绘制各种过程线、相关线、等值线图等；按一定顺序进展编排。、等值线图等；按一

43、定顺序进展编排。4 4编写整理成果阐明如：工程或其他编写整理成果阐明如：工程或其他观测对象情况、观测情况、观测成果阐明观测对象情况、观测情况、观测成果阐明等。等。7.4.1 变形监测资料整理变形监测资料整理3 3、观测资料分析阶段：、观测资料分析阶段：1 1施工期的资料分析计算分析建筑物施工期的资料分析计算分析建筑物在施工期获得的观测资料，可为施工决策在施工期获得的观测资料，可为施工决策提供必要的根据。提供必要的根据。2 2初期蓄水期的资料分析以查明水工初期蓄水期的资料分析以查明水工建筑物接受实践水荷载作用时的任务形状建筑物接受实践水荷载作用时的任务形状，保证水工建筑物蓄水期的平安。，保证水工

44、建筑物蓄水期的平安。3 3运转期的资料分析应定期进展例运转期的资料分析应定期进展例如如5 5年一次年一次, ,分析成果用以判别大坝等水分析成果用以判别大坝等水工建筑物性态能否正常工建筑物性态能否正常, ,评价其平安程度评价其平安程度, ,制定维修加固方案，更新改造平安监测系制定维修加固方案，更新改造平安监测系统。统。 7.4.1 变形监测资料整理变形监测资料整理4 4、资料分析常用方法：、资料分析常用方法： 1 1作图分析将观测资料绘制成各种作图分析将观测资料绘制成各种曲线，常用的是将观测资料按时间顺序绘曲线，常用的是将观测资料按时间顺序绘制成过程线。制成过程线。 2 2统计分析用数理统计方法

45、分析计统计分析用数理统计方法分析计算各种观测物理量的变化规律和变化特征算各种观测物理量的变化规律和变化特征，分析观测物理量的周期性、相关性和开，分析观测物理量的周期性、相关性和开展趋势。展趋势。 3 3对比分析将各种观测物理量的实对比分析将各种观测物理量的实测值与设计计算值或模型实验值进展比较测值与设计计算值或模型实验值进展比较，相互验证，寻觅异常缘由，讨论改良运，相互验证，寻觅异常缘由，讨论改良运转和设计、施工方法的途径。转和设计、施工方法的途径。 4 4建模分析采用系统识别方法处置建模分析采用系统识别方法处置观测资料，建立数学模型，用以分别影响观测资料，建立数学模型，用以分别影响要素，研讨

46、观测物理量变化规律，进展实要素，研讨观测物理量变化规律，进展实测值预告和实现平安控制。测值预告和实现平安控制。 7.4.1 变形监测资料整理变形监测资料整理建模分析常用数学模型建模分析常用数学模型统计模型，主要以逐渐回归计算方法处置统计模型，主要以逐渐回归计算方法处置实测资料建立的模型；实测资料建立的模型；确定性模型，主要以有限元计算和最小二确定性模型，主要以有限元计算和最小二乘法处置实测资料建立的模型；乘法处置实测资料建立的模型；混合模型，一部分观测物理量如温度混合模型，一部分观测物理量如温度用统计模型，一部分观测物理量如变形用统计模型，一部分观测物理量如变形用确定性模型。这种方法可以定量分

47、析用确定性模型。这种方法可以定量分析，是长期观测资料进展系统分析的主要方，是长期观测资料进展系统分析的主要方法。法。7.4.1 变形监测资料整理变形监测资料整理留意：留意：1、原始观测值绝大多数以数字方式提供，少、原始观测值绝大多数以数字方式提供，少部分是以模拟的方式输出部分是以模拟的方式输出2、对于变形监测网的周期观测数据需进展观、对于变形监测网的周期观测数据需进展观测值的质量检查，如完好性、一致性检查测值的质量检查，如完好性、一致性检查，进展粗差和系统误差检验，方差分量估，进展粗差和系统误差检验，方差分量估计，保证变形观测数据处置结果正确可靠计，保证变形观测数据处置结果正确可靠。3、对于各

48、监测点上的时间序列实测资料，经、对于各监测点上的时间序列实测资料，经过插值方法或拟合方法整理成等间隔时间过插值方法或拟合方法整理成等间隔时间的观测序列以便供变形分析运用。的观测序列以便供变形分析运用。4、观测成果计算和分析中的数字取位应符合、观测成果计算和分析中的数字取位应符合规范规定。原始记录成果应整洁、明晰，规范规定。原始记录成果应整洁、明晰，不得涂改，严禁作伪；计算成果应完好、不得涂改，严禁作伪；计算成果应完好、正确，图表应整齐、美观。正确，图表应整齐、美观。7.4.1 变形监测资料整理变形监测资料整理提交成果资料：提交成果资料：技术设计书和丈量方案；技术设计书和丈量方案； 监测网和监测

49、点布置平面图；监测网和监测点布置平面图； 标石、标志规格及埋设图；标石、标志规格及埋设图； 仪器的检校资料；仪器的检校资料； 原始观测记录原始观测记录( (手簿和或电子文件手簿和或电子文件) )； 平差计算、成果质量评定资料；平差计算、成果质量评定资料； 变形观测数据处置分析和预告成果资料；变形观测数据处置分析和预告成果资料； 变形过程和变形分布图表；变形过程和变形分布图表； 变形监测、分析和预告的技术报告。变形监测、分析和预告的技术报告。 7.4.2 成果表达成果表达 方式：文字、表格、图形，多媒体、仿真、虚拟方式：文字、表格、图形，多媒体、仿真、虚拟现实技术现实技术要点：变形监测、分析和预

50、告的技术总结和报告要点：变形监测、分析和预告的技术总结和报告是最重要的成果。在正确、可靠的前提下，才是是最重要的成果。在正确、可靠的前提下，才是表达的逻辑性和艺术性。图表结合的恰当非常重表达的逻辑性和艺术性。图表结合的恰当非常重要，还要满足业主的要求要，还要满足业主的要求7.4.2 成果表达成果表达 文字：变形监测、分析和预告的技术总结和报文字：变形监测、分析和预告的技术总结和报告是最重要的成果。告是最重要的成果。表格：表格是一种最简单的表达方式，用它直表格：表格是一种最简单的表达方式，用它直接列出观测成果或由之导出变形。表格的设计接列出观测成果或由之导出变形。表格的设计编排应清楚明了，如按建筑阶段或观测周期编编排应清楚明了，如按建筑阶段或观测周期编排。变形值与同时获取的其他影响量如温度、排。变形值与同时获取的其他影响量如温度、水位等数据可一同表达。水位等数据可一同表达。图形：图形表达最直观，方式也最丰富多彩图形：图形表达最直观，方式也最丰富多彩现代科技：如多媒体技术、仿真技术、虚拟现现代科技：如多媒体技术、仿真技术、虚拟现实技术进展表达。实技术进展表达。常用的成果表达方式常用的成果表达方式1 1、观测点变形过程线：、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某观测点的变形过程线是以时间为横坐标，以累积变