《工程测量学》第10章垂直位移及水平位移观测(II)

1、工程测量学第10章垂直位移及水平位移观测(II)第一页，共64页。分 节 目 录 10.2 垂直位移观测 10.3 地面倾斜观测 10.4 水平位移观测网及观测标志 10.1 垂直位移监测网(点)布设及观测标志 10.6 视准线法测量水平位移 10.5 水平位移测量技术概述 10.7 激光准直测量 10.8 引张线法测量水平位移 10.9 建(构)筑物主体倾斜和挠度测量 10.10 裂缝测量第二页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 一、水平位移测量控制网 二、强制对中装置 三、平面标志体 四、平面点照准标志第三页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 一、水平位移测量控制网

2、 为了测定建筑物或场地的水平位移，需在变形特征处设置一些点，称为水平位移观测点，或目标点。 为了测取观测点的水平位移量，需要有稳定的点作参考，这样的参考点称为基准点。 有时，为了方便观测，在离观测点较近的地方设置比较稳定的点，称为工作基点，在工作基点上直接对观测点进行观测。第四页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 一、水平位移测量控制网 由基准点形成的测量网称为基准网。基准网也需要定期重复观测，其目的是检查基准网点的稳定性。 条件许可时，所有观测点也形成测量网，可称为变形网。当变形网不与基准点联测时，称为相对网；当与基准点联系时，可称为绝对网。 基准点、联测点、工作基点或观测点构成

3、的网称为扩展网。工作基点的位移量由此网获得，然后修正观测点位移值。第五页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 二、强制对中装置 除垂球对中、光学对中外，强制对中是一种更精密的对中方法。强制对中装置实际上是一些机械接插件，其中一部分固定在标志顶部，其对称中心即作为平面标志的中心，另一部分（可能就是仪器的部件）与经纬仪或其它测量仪具连接，通过接插件使仪器的旋转中心精确地安置在平面标志的中心上。第六页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 二、强制对中装置 标志体一般用混凝土或砖石砌成墩子形状，也可以用钢材制成。这时的标志体常称为观测墩。对中装置安置在观测墩顶上，其上表面应水平。第

4、七页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 二、强制对中装置常规强制对中装置第八页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 二、强制对中装置常规强制对中装置第九页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 二、强制对中装置通用强制对中装置转接头转接盘预埋件转接杆第十页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 二、强制对中装置通用强制对中装置第十一页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 三、平面标志体 （一）观测墩 在基岩较浅或土体稳定的地方，常用钢筋混凝土建造的观测墩作为平面控制点标志。岩层点土层点第十二页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 三、平

5、面标志体 （二）倒锤 倒锤是一种埋设较深、稳定性很好的平面标志。机械式倒锤第十三页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 三、平面标志体 （三）光线传递式标志 光线传递式标志是将固定在底层的中心点利用光线投射到标志顶面上来，即利用光线代替倒锤线。 玻璃片上的十字丝代表平面标志的中心，与混凝土结合在一起埋在温度变化不大的岩层中，十字丝下安置一灯泡，为更换灯泡，在标志旁设有进人孔。第十四页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 四、平面点照准标志 对平面点照准标志的基本要求是易于对中和瞄准，另外还应该制作简单、使用方便。第十五页，共64页。10.4 水平位移观测网及观测标志 四、平

6、面点照准标志 立体目标可以供任何方向的测站进行瞄准。但在阳光照射下会产生部分明亮、部分阴暗而造成瞄准的相位差，克服的办法是设置折光板。第十六页，共64页。10.5 水平位移测量技术概述 常规的大地测量方法 精密高程测量、精密距离测量、角度测量、重力测量 专门测量手段和技术 液体静力水准测量、准直测量、应变测量、倾斜测量 空间测量技术 GPS测量、合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术 摄影测量和激光扫瞄技术 摄影测量方法、激光扫瞄技术第十七页，共64页。10.5 水平位移测量技术概述 一、地面监测方法 地面监测方法主要指用高精度测量仪器（如经纬仪、测距仪、全站仪等）测量角度、边长的变化来测定水

7、平位移，是目前变形测量的主要手段。 常用的地面监测方法主要有：两方向（或三方向等）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、边角网法等等。第十八页，共64页。10.5 水平位移测量技术概述 一、地面监测方法 地面监测方法的优点为： 能够提供监测对象的变形状态，监控面积大，可以有效地监测确定监测对象的变形范围和绝对位移量； 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评定； 灵活性大，能适用于不同的精度要求、不同形式的监测对象和不同的外界条件。第十九页，共64页。10.5 水平位移测量技术概述 一、地面监测方法 在地面监测自动化系统中，测

8、量机器人正逐渐成为首选仪器。它实际上是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辩识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪。第二十页，共64页。10.5 水平位移测量技术概述 一、地面监测方法 （一）固定式全自动持续监测 固定式全自动持续监测方式是基于一台测量机器人的有合作目标的变形测量系统，可实现全天候无人值守监测。第二十一页，共64页。10.5 水平位移测量技术概述 一、地面监测方法 （二）移动式半自动变形监测 移动式半自动变形监测系统的作业与传统的观测方法一样，在各观测墩上安置整平仪器，输入测站点号，进行必要的测站设置，后视之后，测量机器人会按照预置在机内的观测点

9、顺序、测回数，全自动地寻找目标，精确照准目标，记录观测数据，计算各种限差，作超限重测或等待人工干预等。 完成一个测点的工作之后，人工将仪器搬到下一个施测的点上，重复上述的工作，直至所有外业工作完成第二十二页，共64页。10.5 水平位移测量技术概述 二、专用测量方法 水平位移测量的专用方法包括应变测量和基准线测量 和常规的地面监测方法相比，他们具有下列特点： 测量过程简单； 容易实现自动化观测和连续观测； 提供的是局部变形信息。第二十三页，共64页。10.5 水平位移测量技术概述 二、专用测量方法 （一）应变测量 应变测量根据其工作原理可以分成两类： 通过测量两点间距离的变化来计算应变； 直接

10、用传感器测量应变。 通过精密测量距离变化来计算应变的方法有机械法和激光干涉法两种。 机械法用铟钢丝、石英棒等作为长度标准，长度的变化用机械-电子传感器测量。精度一般为几十微米。 激光干涉法可以测到几百米，甚至几千米，测量精度在10-7以上，真空中可达410-10。第二十四页，共64页。10.5 水平位移测量技术概述 二、专用测量方法 （一）应变测量 应变测量根据其工作原理可以分成两类： 通过测量两点间距离的变化来计算应变； 直接用传感器测量应变。 所采用的应变传感器实质上是一个导体（金属或很窄的箔条），埋设在变形体中，由于变形体的应变使导体伸长或缩短，从而改变了导体的电阻。通过测量电阻值的变化

11、就可以计算应变。第二十五页，共64页。10.5 水平位移测量技术概述 二、专用测量方法 （二）基准线测量 基准线法的原理是通过建筑物轴线（例如大坝、桥梁轴线）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。基准线法视准线法激光准直法引张线法活动觇牌法小角法第二十六页，共64页。10.6 视准线法测量水平位移 一、活动觇牌法 活动觇牌法是通过一种精密的附有读数设备的活动觇牌直接测定观测点相对于基准面的偏离值。 它需要专用的仪器和照准设备： 精密视准仪或精密经纬仪 活动觇牌 觇牌上有分划尺，最小分划值为1mm，用游标尺可直接读到0.1mm0.01mm。第二十七页，共6

12、4页。10.6 视准线法测量水平位移 一、活动觇牌法 视准仪安置在基准线端点A，端点B安置固定觇牌 用视准仪瞄准B点的固定觇牌，将视线固定 活动觇牌安置于观测点C，移动活动觇牌使照准标志与视准仪的十字丝重合，在分划尺与游标上读数 然后移动觇牌从相反方向再重新对准视线并读数。第二十八页，共64页。10.6 视准线法测量水平位移 一、活动觇牌法 共观测24测回，每测回开始和结束都要重新瞄准B点，检查仪器及目标有无变动。 然后将仪器迁到B点，固定觇牌放到A点，同法测量24测回。最后，往返测依距离进行加权平均。第二十九页，共64页。10.6 视准线法测量水平位移 二、小角法 小角法是利用精密经纬仪精确

13、地测出基准线方向与测站点到观测点的视线方向之间所夹的小角，从而计算观测点相对于基准线的偏离值。基准线观测点投影2个观测量偏离值第三十页，共64页。10.6 视准线法测量水平位移 二、小角法测距误差影响可忽略不计如果要求且设偏离值i=40mm，则有当i=100mm时，距离测量精度也仅要求距离测量误差影响常可忽略。第三十一页，共64页。10.6 视准线法测量水平位移 二、小角法小角法测量偏离值的误差公式写成：上式既可用于误差分析，也可用于方案设计，即给定的前提条件下，求小角观测精度小角法用于生产时，理应在基准线的两个端点分别设站进行观测，然后做加权平均。第三十二页，共64页。10.7 激光准直测量

14、 一、氦氖激光器 激光器的种类很多，在测量实践中用得最多的是氦氖激光器。第三十三页，共64页。10.7 激光准直测量 二、波带板激光准直测量 （一）光的相干性 光具有波动性，如机械波那样，当两列光波频率相同、方向相同、相位相同或相位差恒定时，这两列光波将产生干涉现象。第三十四页，共64页。10.7 激光准直测量 二、波带板激光准直测量 （二）波带板准直测量的设备 He-Ne激光器，用于发射激光。 波带板。通过其不同透光孔的光波会产生干涉。有圆形和方形两种，圆形波带板聚焦呈一亮点，方形波带板聚焦呈一个明亮的十字线。 激光探测器，用于自动探测光点的中心。第三十五页，共64页。10.7 激光准直测量

15、 二、波带板激光准直测量 （三）测量原理 在基准点A安置激光器； 在基准点B安置探测器； 在待测点i安置一波带板。当激光照满波带板时，在B点探测器上测得i，从而第三十六页，共64页。10.7 激光准直测量 二、波带板激光准直测量 （三）测量原理当S、K与A、B不重合时，第三十七页，共64页。10.7 激光准直测量 二、波带板激光准直测量 （四）精度 利用波带板可以把几百米以外的点光源经聚焦后形成直径约1mm的点，因此即使在接收屏上用肉眼判断其中心位置，精度也很高。 实验表明用这种装置准直，测定偏离值的精度可达测线长的10-6。如果将高精度激光准直系统安装在真空管道内，准直精度可达10-7。第三

16、十八页，共64页。10.8 引张线法测量水平位移 柔性弦线两端加以水平拉力引张后自由悬挂，则它在竖直面内呈悬链线形状，它在水平面上的投影应是一条直线，利用此直线作为基准线可以测定附近测点的横向偏移值，这种方法称为引张线法。/baike/2014/0314/13320.html一般用来测定建筑物的横向水平位移，较多用于大坝变形监测，布置大坝坝顶和基础廊道内，分别监测坝顶水平位移和坝基水平位移。第三十九页，共64页。10.8 引张线法测量水平位移 引张线的装置的组成：端点测点测线（不锈钢丝）测线保护管第四十页，共64页。10.8 引张线法测量水平位移 一、端点/dam/tu/2012/0430/8

17、093.html/dam/tu/2012/0430/8093_4.html第四十一页，共64页。10.8 引张线法测量水平位移 一、端点固定不锈钢丝位置嵌镶铜质类的较软金属第四十二页，共64页。10.8 引张线法测量水平位移 二、测点由浮托装置、标尺、保护箱组成支承钢丝 标尺固定在槽钢面上，槽钢埋入大坝廊道内，并与之牢固结合。 保护箱用于保护观测点装置，同时也可以防风，以提高观测精度。第四十三页，共64页。10.8 引张线法测量水平位移 二、测点/dam/tu/2012/0430/8093_3.html/dam/tu/2010/1114/5695.html第四十四页，共64页。10.8 引张线

18、法测量水平位移 三、测线及其保护管 测线一般采用直径为0.61.2mm的不锈钢（碳素钢丝），在两端重锤作用下引张为一直线。 保护管保护测线不受损坏，同时起防风作用。保护管可用直径大于10cm的塑料管，以保证测线在管内有足够的活动空间。/dam/tu/2012/0430/8093_4.html第四十五页，共64页。10.8 引张线法测量水平位移 三、测线及其保护管 读数显微镜法利用刻有测微分划线的读数显微镜进行的，测微分划线最小刻划为0.1mm，可估读到0.01mm。标尺整分划值 + 第四十六页，共64页。10.8 引张线法测量水平位移 三、测线及其保护管 根据生产单位对引张线大量观测资料进行统

19、计分析的结果，计算得一次观测（三测回观测平均值）的中误差为0.03mm。 目前，引张线法测量水坝廊道横线位移已实现自动数据获取和传输，在水坝变形测量中发挥着重要作用。BGK6860型CCD引张线仪第四十七页，共64页。10.9 建（构）筑物主体倾斜和挠度测量 建（构）筑物主体倾斜测量的任务是测定建筑物顶部相对于底部或各层间上层相对于下层的水平位移与高差，分别计算整体或分层的倾斜度、倾斜方向以及倾斜速度。各层间的倾斜差异即建筑物的挠度。第四十八页，共64页。10.9 建（构）筑物主体倾斜和挠度测量 观测精度：根据给定的倾斜允许值确定。 观测周期：可视倾斜速度每13个月观测一次，如遇基础附近因大量

20、堆载或卸载、场地降雨长期积水等而导致倾斜速度加快时，需及时增加观测次数。 观测方法： 一、经纬仪观测法 二、垂准法 三、相对沉陷法 四、摄影测量法倾斜仪测记法测定基础沉陷差法吊垂球法激光铅直仪观测法正、倒锤线法第四十九页，共64页。10.9 建（构）筑物主体倾斜和挠度测量 一、经纬仪观测法 原理：用经纬仪测量建筑物顶部点与底部点在水平面上的偏移，将该偏移值除以顶部点与底部点的高差即得建筑物的倾斜。 用经纬仪进行实际倾斜测量时，在测站可能照准的不是C、D点本身，而是它们的替代，甚至是建筑物边缘切线的平均。该法在实际应用时，视具体条件有很多变化。第五十页，共64页。10.9 建（构）筑物主体倾斜和

21、挠度测量 一、经纬仪观测法水平偏移分量总的水平偏移分量倾斜方向由确定倾斜值第五十一页，共64页。10.9 建（构）筑物主体倾斜和挠度测量 一、经纬仪观测法可忽略令测角精度相同，即第五十二页，共64页。10.9 建（构）筑物主体倾斜和挠度测量 一、经纬仪观测法工程应用：矿井井架倾斜监测第五十三页，共64页。10.9 建（构）筑物主体倾斜和挠度测量 一、经纬仪观测法工程应用：石柱倾斜监测第五十四页，共64页。10.9 建（构）筑物主体倾斜和挠度测量 二、垂准法 当建筑物或构件的顶部与底部之间可竖向通视时，可用垂准法进行倾斜测量。 （一）吊垂球法 （二）激光铅直仪观测法 （三）正、倒锤线法第五十五页

22、，共64页。10.9 建（构）筑物主体倾斜和挠度测量 二、垂准法 （一）吊垂球法 在建筑物顶部或需要的高度处观测点位置上，直接或支出一点悬挂适当重量的垂球，在垂线下的底部固定读数设备（如毫米格网读数板），直接读取或量出上部观测点相对于底部观测点的水平位移量和位移方向。第五十六页，共64页。10.9 建（构）筑物主体倾斜和挠度测量 二、垂准法 （二）激光铅直仪观测法 在建筑物顶部适当位置安置接受靶，在其垂线下的地面或地板上安置激光铅直仪或激光经纬仪，按一定周期观测，在接收靶上直接读取或量出顶部的水平位移量和位移方向。第五十七页，共64页。10.9 建（构）筑物主体倾斜和挠度测量 二、垂准法 （三）正、倒锤线法 正倒垂线系统在大坝变