水平位移监测

第3章水平位移监测概述交会法观测精密导线测量全站仪观测视准线测量引张线测量垂线测量第3章水平位移监测第3章水平位移监测3.1概述3.1概述-基本原理建筑物的水平位移是指建筑物的整体平面移动。产生水平位移原因:建筑物及其基础受到水平应力的影响而产生的地基的水平移动。设某点第k次观测周期水平位移为δ：X0、Y0为原始坐标Xk、Yk为第k次观测周期坐标3.1概述-基本原理第k周期至第l周期时间段（时间长度为t）变形的平均变形速度：δk为第k周期的位移量δl为第l周期的位移量3.1概述-测点布设建筑物水平位移监测测点宜按两个层次布设：基准网（由控制点组成控制网）监测网（由观测点及所联测的控制点组成扩展网）对于单个建筑物上部或构件的位移监测，可将控制点连同观测点按单一层次布设。3.1概述-测点布设基准网（控制网）:测角网、测边网、边角网、导线网等监测网（扩展网和单一层次布网）:角度交会、边长交会、边角交会、基准线和附合导线等形式。基准点不少于3个，工作基点亦不少于2个。基准点、工作基点构成网形，按规范规定的精度定期检测。基准点（控制点）稳定可靠、长期保存。3.1概述-控制点的型式及埋设要求基准点、工作基准点，一般应建造观测墩，配备强制对中装置。强制对中装置

观测墩浇筑观测墩形式控制网3.1概述-控制点的型式及埋设要求固定式照准牌3.1概述-常用观测方法大地测量法（传统方法）：三角网法、精密导线法、交会法等。基准线法（常用方法）：视准线法、引张线法、激光准直法和垂线法等。专用测量法：多点位移计、光纤等。GPS测量法：静态法、动态法。第3章水平位移监测3.2交会法观测3.2交会法观测-基本原理交会法是利用2个或3个已知坐标的工作基点，测定位移标点的坐标变化。交会方法：测角交会、测边交会、后方交会。3.2交会法观测-测角交会法交会角最好接近90°，要求在60°-120°之间。测站到测点距离，一般不宜大于300m，当采用三方向交会时，可适当放宽要求。测角交会误差椭圆3.2交会法观测-测边交会法3.2交会法观测-基本原理交会工作注意问题仪器设站点为坐标已知的基准点或工作基点。工作基点应定期与基准点联测，校核其是否发生变动。测站到位移监测点的边长不能相差太大，应大致相等，且与监测点大致同高。交会边的视线应离地面或障碍物在1.2m以上，并应尽量避免视线贴近水面。边长交会法时，还应避免周围强磁场的干扰影响。3.2交会法观测-边角交会法SbSaBAp3.2交会法观测-后方交会法在实际测量过程中，还应注意工作基点和监测点不能在同一个圆周上（危险圆），应至少离开危险圆周半径的20%。第3章水平位移监测3.3精密导线测量

3.3精密导线测量精密导线法是监测曲线形建筑物（如拱坝等）水平位移的重要方法。按照其观测原理的不同，又可分为精密边角导线法和精密弦矢导线法。3.3精密导线测量-边角导线角度测量采用0.5秒或1秒级经纬仪；边长测量采用特制铟钢尺或1mm+1ppm光电测距仪。导线在洞室和廊道中观测时，应封闭通风口以保持空气平稳，观测的照明设备应采用冷光照明，以减少折光误差。边角导线测量第3章水平位移监测3.4全站仪观测3.4全站仪观测3.4全站仪观测LeicaTCA2003全站仪3.4全站仪观测测量机器人变形监测系统3.4全站仪观测数据处理差分处理坐标转换3.4全站仪观测数据处理-差分处理差分原理：条件1：测站点、工作基点稳定；或当前坐标已知；条件2：周期测量时同时测量基准点和变形测点；条件3：基准点和变形测点处气象条件一致；方法：基准点观测值变化，按一定规律改正变形点观测值。距离差分、球气差差分、基准方位角差分3.4全站仪观测-距离的差分改正经气象差分改正后的真实斜距为：实际测量工作中，应取2个以上基点测定的距离气象改正比例系数的中数3.4全站仪观测-球气差的改正某时刻测得监测站与工作基点间的三角高差为：根据下式可求出球气差改正系数c：变形点与监测站之间经球气差改正的三角高差：3.4全站仪观测-方位角的差分改正仪器水平度盘零方向变化或水平折光把工作基点第一次测量的方位角作为基准方位角，其它周期对工作基点测量的方位角与基准方位角相比，求差异：

在变形点每周期的方位角测量值中，实时加入由同期基准点求得的改正值，可准确求得变形点的方位角3.5视准线测量第3章水平位移监测视准线观测原理及观测点的布设3.5视准线测量3.5视准线测量视准线法是基准线法测量的方法之一经纬仪或视准仪的视准轴构成基准线。为保证基准线的稳定，必须在视准线的两端设置基准点或工作基点。视准线三级或二级布点：基准点、工作基点和观测点。各观测点基本位于视准基面上。视线离障碍物需有一定距离，减弱旁折光。视准线法设备普通，操作简便，费用少，应用广泛。影响因素多：照准精度、大气折光等，操作不当时，误差不容易控制，精度会受到明显的影响。3.5视准线测量3.5视准线测量活动觇牌3.5视准线测量小角法测量3.5视准线测量若在待测点i上观测，则：这种布置形式对提高测定偏离值的精度更为有利。第3章水平位移监测3.6引张线测量3.6引张线测量所谓引张线，在两工作基点间拉紧一根不锈钢丝而建立的一条基准线。引张线法是精密基准线测量的主要方法之一，广泛应用于各种工程测量。前苏联较早，20世纪60年代该方法引入国内，其设备简单，测量方便，速度快，精度高，成本低，在我国大坝安全监测广泛应用。3.6引张线测量早期人工测读。现有步进电机光电跟踪式引张线仪、电容感应式引张线仪、CCD式引张线仪，以及电磁感应式引张线仪等。3.6引张线测量-有浮托引张线

主要包括端点装置、测点装置、测线及其保护管。端点装置可采用一端固定、一端加力的方式，也可采用两端加力的方式。引张线长度200m~600m时，采用40kg~80kg的重锤张拉。1——滑轮；2——线锤连接装置；3——重锤；4——混凝土墩座；5——测线；6——夹线装置；7——钢筋支架；8——保护管3.6引张线测量引张线法原理示意图引张线法原理示意图柔性弦线（铟钢丝）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该是一条直线，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。3.6引张线测量-有浮托引张线

有浮脱引张线的测点装置包括水箱、浮船、读数尺、底盘和测点保护箱。测点装置端点测点3.6引张线测量-有浮托引张线

测线一般采用0.8～1.2mm的不锈钢丝，要求表面光滑，粗细均匀，抗拉强度大。为了防风及保护测线，通常用把测线套在保护管内。保护管的管径应大于位移量的2~3倍，并在管中呈自由状态，以前主要用钢管，现在大多用PVC管。保护管安装时，宜使测线位于保护管中心，至少须保证测线在管内有足够的活动范围，保护管和测点保护箱应封闭防风。3.6引张线测量-有浮托引张线

检查整条引张线各处有无障碍，设备是否完好；在两端点处同时小心地悬挂重锤，张紧钢丝，利用夹线装置将钢丝夹紧，使引张线在端点处固定；对每个水箱加水，使钢丝离开不锈钢标尺面0.3mm～0.5mm，同时检查各观测箱，不使水箱边缘或读数标尺接触钢丝，浮船应处于自由浮动状态；采用读数显微镜观测时，先用目视读取标尺上的读数，然后用显微镜读取毫米以下的小数。3.6引张线测量-有浮托引张线

设引张线第i个监测点的首次的读数为L0，本次观测的读数为L，若不考虑端点的位移，则观测点的位移值为：端点位移改正3.6引张线测量-有浮托引张线

随着大坝安全监测自动化程度的不断提高，引张线观测技术也由人工观测向自动化观测的方向发展。在实现引张线自动观测时，目前大多数情况是在浮托引张线法的基础上增加自动测读设备，形成引张线自动观测系统。3.6引张线测量-无浮托引张线

无浮托引张线3.6引张线测量-无浮托引张线

观测设备无浮托引张线其观测原理与有浮托的基本相同，但它的设备较为简单。引张线的一端固定在端点上，另一端通过滑轮悬挂一重锤将引张线拉直，取消了各测点的水箱和浮船等装置，在各测点上只安装读数尺和安装引张线仪的底板，用以测定读数尺或引张线仪相对于引张线的读数变化，从而算出测点的位移值。3.6引张线测量-无浮托引张线

观测方法无浮托引张线的观测方法与有浮托的基本相同，既可用显微镜在各测点的读数尺上读数，亦可在各测点上安装光电引张线仪进行遥测。由于它不需到现场调节各测点的水位，测点的障碍物也较少，不仅节约大量时间，且其稳定性和可靠性都高于有浮托的引张线，可以实现引张线观测的全自动化。3.6引张线测量第3章水平位移监测3.7垂线测量3.7垂线测量垂线有两种形式：正垂线和倒垂线。3.7垂线测量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。3.7垂线测量-正垂线系统结构正垂线装置部件：悬线设备、固定线夹、活动线夹、观测墩、垂线、重锤及油箱等。3.7垂线测量-正垂线观测方法同一垂线，不同高程位置上安置垂线观测仪，测定各观测点与此垂线的相对位移值。多点观测法可在每个测点上设置坐标仪，有利于监测的自动化，但相应的系统造价也提高了。3.7垂线测量-倒垂线系统构造