变形监测方法及方案设计

[教学目的]：使学生了解和掌握变形观测技术方法及变形观测方案的设计.[教学重点]：1.变形观测方法

2.变形观测方案的设计.[教学方法]：讲授第一章、变形监测§1.1变形监测技术一、变形监测的定义及意义变形监测是对被监视的对象（变形体）进行测量以确定其空间位置随时间的变化特征。为变形分析和预报提供基础数据。

变形体：工程建筑物、技术设备以及其他自然或人工对象。如：古塔与电视塔、桥梁与隧道、船闸与大坝、大型天线、车船与飞机、油罐与贮矿仓、崩滑体与泥石流、采空区与高边坡、城市与灌溉沉降区.变形观测意义：对于工程建筑物：为改善建筑物理参数、地基强度参数提供依据，防止工程破坏事故，提高抗灾能力。机械技术设备：保证设备安全、可靠、高效地运行，为改善产品质量和新产品设计提供技术依据.滑坡：通过监测其随时间变化过程，可进一步研究引起滑坡的成因，预报大的滑坡灾害。矿山：可采用控制开挖量和加固等方法，避免危险性变形的发生，同时可改进变形预报模型。地壳构造运动监测。二、变形观测方法（一）常规的大地测量方法指用常规的经典或现代的大地测量仪器测量方向、角度、边长和高差等量所采用的方法的总称。仪器：光学经纬仪、水准仪、电子经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪、GPS等.特点：

1.能提供变形体整体的变形状态；

2.观测量通过组网线可进行测量成果的校核和精度的评定；

3.灵活性大，能适用于不同的精度要求、不同形式的变形和不同的外界条件.缺点：外业工作量大，作业时间长，不易实现连续监测和测量过程自动化.

沉降：几何水准测量（H） 位移：一维水平位移（X或Y） 二维水平位移（XY） 倾斜：i

挠度一维水平位移：①测小角法②活动觇牌法③控制线法④激光经纬仪准直和波带板激光准直法

激光点光源、波带板装置、光电探测器⑤引张线法

三测回平均值中误差0.03mm二维水平位移：①极坐标法②导线法③前方交会法④单三角形⑤GPS10-6CMPU双频监测器双频监测器双频监测器参考点单频监测器GPS连续监测系统框图挠度：在建筑物的垂直面内各不同高程点相对于底点的水平位移称为挠度。美国纽约‘帝国大厦’高102层，在风荷载作用下，最大摆动达7.6cm.可由观测不同高度处的倾斜换算而得。（二）特殊的大地测量方法

特点：①测量过程简单

②容易实现自动化观测和连续观测

③提供的是局部的变形信息1、沉降测量：液体静力水准测量法

①

②当液面高度发生变化时，浮子带着铁心升降，由于铁心相对于电感线圈的上下移动，使线圈上的电感发生变化，用导线连接到离观测点一定距离的观测室内，再用专门的电桥将电感量的变化→电压变化，遥测仪器通过量测电压的变化，便知铁心的升降量，亦即为容器液面高度的变化量。2、应变测量：设两点间距离为,第二周期测量时距离变化了

那么为两点间平均线应变.当与变形

体尺寸比很小时，则看成为点应变.测有机械法：用因瓦丝、石英棒等作为长度的标准.长

度的变化用机械—电子传感器测量；

精度：几十个微米

干涉法：激光干涉法可测到几百米，甚至几千米.

精度：10-7真空中：4X10-10应变传感器实质为——导体（金属条或很窄的箔条）做法：埋设在变形体中，由于变形体中的应

变使得导体伸长或缩短，从而改变了

导体的电阻.电阻变化用电桥测量，通

过测量电阻的变化就可以计算应变.测距离变化求应变应变传感器3、准直测量：激光

在大气中精度：10-5~10-6

在真空中精度：10-7~10-8

方向性强，直接准直如：激光经纬仪准直激光准直单色性好，衍射准直如：波带极激光准直尼龙丝准直：尼龙丝直径0.3mm，施加1.5kg拉力系统包括：尼龙丝拉紧装置和一个对中的读数显微镜原理：如果逐次观测三个点的偏离值，每次推进一个点，两个点重叠起连接作用，这样可按连接支导线计算导线各中间点相对于闭合边的偏离值。尼龙绳准直测量的精度分析连接支导线中点（最弱点）的准直精度可用下式估算：尼龙绳准直的精度受①观测仪器误差②读数误差影响③气流的影响钢丝准直：引张线，直径1mm，10~50kg拉力拉紧钢丝.

装置：端点，观测点，钢丝和保护管.

设置浮托装置

三测回观测平均值精度：0.1~0.3mm垂直测量： 光学垂准仪

激光铅直仪：可用于测定高层建筑物的摆动.

机械法垂直准直：正垂

倒垂：还可用作变形观测的基准点。偏离值可通过垂线坐标仪测得。倾斜：电子倾斜仪1.摆式倾斜仪利用可变电感的原理制成的，具有：①灵敏度高 ②读数方便 ③调整范围宽2.气泡式倾斜仪我国制造的气泡式倾斜仪

2°

观测范围1°

如应用于设备基础平台的倾斜观测。3.差动电容式电子水准器工作原理：当玻璃管水准器倾斜时，气泡向旁边偏离x，使C1C2中介质的介电常数发生变化，引起桥路两臂的电抗发生变化，因而桥路失去平衡，可用测量装置将其记录下来。这种电子水准器可固定地安置在建筑物或设备的适当位置，就能自动地进行倾斜观测。适用于作动态观测，形成差动电容装置

高频交流电压C1C2构成桥路两臂Z1Z2为阻抗R载为负载电阻（三）摄影测量方法1.应用：

地面摄影测量方法越来越广泛用于大型工程建筑物的变形观测。

大型的工程建筑物：混凝土大坝、档土墙、高层建筑物等。空中摄影测量也有用于较大范围的地面变形测量。

如：测定由于地下采矿而引起的地表移动.

由于火山喷发而致的环境变化

……2.优点：

①可同时测定变形体的任何变形

②提供完全和瞬时的三维空间信息

③大量减少野外的测量工作量

④可以不需要接触被测物体

⑤有了摄影底片，可以观测到变形体以前的状态。3.原理：有基于固定摄站得时间基线法：测二维变形

有立体摄影测量方法：测三维变形固定摄站的时间基线法原理：原理：精度：参考点使用：设内外方位元素不变，第2次

摄影时像点坐标为x’，z’；内外方位元素变化，像点坐标测得为设n个控制点列误差方程可解算系数地面立体摄影测量的解析处理方法有：1.空间前方交会法2.空间后交—前交法3.严密解法4.直接线性变换法左像片右像片坐标辰仪量跑测的码坐标葡值像片朝坐标像方斩空间贸坐标当DLT系数溉已知荣：对背一个闲时X列4个误差虚方程可洞解出三眯维坐标当DLT系数未沉知：需波布至少6个控科制点认，X解算数出DLT系数再逮求XX坐标.§1.状2变形监职测方案变形监厅测方案果的制定编影响到陈：观测甜的成本成果证的精线度和跪可靠畜性变形监匹测方案俭的制定欧包括以狸下几个伸方面：①变飞形观雪测的福精度②变姿形观凭测的仁周期③变逃形观治测的尾内容④变形翅观测的非方法（佩监测网斑布置、趴观测点钩布置…剖…）⑤变形圆观测的著成本一、变长形观测贪的精度写确定典型精蜘度1m担m或相下对精妹度为10-6，制定变缸形观测鼓的精度斑取决于章变形的敢大小、疤速率、炸仪器和方法所尿能达到翼的实际众精度，炎以及观篇测目的吓等。一般舞：变形贼目的态是安水全监测：观测竭误差<(1幼/10窄~1/罢20)允许变产形值变形目难的是研络究变形桐过程：等以最高就的精度洲进行变呢形观测如：某津建筑物值为框架凶结构，云基础土魔层为高渗压缩土岂，相邻宰两沉降观桶测点迹的距膀离，两点钟差异沉松降量的复允许值谷为δ=0斤.0歇03郊l=称0.卖00仔3×8=2纵4mm两点桶差异蒸沉降速量的领观测吊中误百差取网为m差异=1/筐10δ=2.孙4mm差异沉厕降量是项两次高干差之差抽，而高施差又是暴两点高口程之差战，则任张一测点劲高程中闲误差为又如：辆某建筑不物高24惑m，允岂许倾本斜值册为：神δ=0.企004升Hg=喝96m显m设倾浙斜是内平移气和沉旗降共帖同作酒用，妇影响虹相等亡，则皂允许蒜的平侧移值滥为则：也和垦不同爽的建筋筑物前及建毙筑物钟的结池构、盒部位殊等有烟关。一般并：对梨于有辞连续弊生产然线的惩大型途车间吊（钢嘱结构翠，钢亡筋混猜凝土针结构激的建叫筑物搏）m沉陷=2m朽mm高程H=1m句m特种工德程设备m=0朱.1m桐m二、观酒测的周期观测内容沉陷量/mm水平位移/mm岩基上的混凝土坝压缩土上的混凝土坝土坝施工期间土坝运营期间12105125~103~5大坝淹的要易求列剪于下臣表：定量：一般当窄时，必认为是夸有变形锹，否则元为误差洒反映。定性病：与属荷载完增加舱、地做基土猎质、炕沉降姜变形甩速度页、变伍形值县大小等有千关。一般城：施识工中艘，频晶率要室大一冷些，帜一般笼三天炭，七夜天，偿半月格。竣工臣投产掠：频百率要济小一喊些，持一般敢一个维月、拿两个馆月、三个月必、半年沙、一年悼等。观测点怎稳定后祝，荷载扩增加25％，每溪增加15％，………视…第1年4次，第2年2次，以丑后每年1次。变形种类水库蓄水前水库蓄水水库蓄水后2~3年正常运营沉

陷混凝土坝

相对水平位移

绝对水平位移土石坝

沉陷、水平位移1个月半个月0.5~1个月1季度1个月1周1季度1个月3~6个月半个月1季度1季度半年1个月6~12个月半年大坝决变形幼观测纺周期芒：三、变时形观测南的内容根据拘不同按类建敢筑物魄及建岸筑物搞的不浊同部山位，启甲方伙、乙滨方综僻合商怕定。四、斧变形旨观测绑的方渠法前面逆所讲嚷的变仇形监寨测技迎术，阴都是米根据倒控制秧点直术接测甲定变芒形的号方法皇，在超所有于的方你法中猾，都相首先漠要进课行变献形监嘉测控挑制网固的布矛设，兰然后谊才能唱以此弯为基把础测悬定变击形值。控制网垦布设：基准泊点—里—工讯作基使点—淘—观干测点彻（目总标点最）①布置塑原则：远离或欢深埋近，有戒变形建筑幅物上说，反狭应建眼筑物其变形②标傅志构误造形甘式：如：地材表岩石瓦标考虑冻通土铆钉深埋关双金执属标平峒岩管石标爆扩纪桩古树酱根……③监璃测网牺坐标候系和姻基准崭的选弃择：大地斯坐标回系统占：当壁变形涝体的怒范围皇较大施且形名状不适规则重时，典可选用该系柴统好处稳：已作知系淋统的良归化艘和投胸影改歉正公钞式监测网但也可得源到检查确定：肢将监测挪网与已息有的大燥地网连陵测或将晃大地控器制网点桌直接作为参帆考点剑的方往法即竟可确乔定一二三准幻玉网秩亏数分犬别为1、3、6（测边扑时）↓↓1个已甜知点2个已知棵点基于监培测体的耽坐标系裂统：适泳用于那订些具有肿明显结孤构性特售征的变扑形体坐标酱轴与丙监测对体的你主轴献线重滥合、侮平行促或垂妖直。这时目太标点的租变形刚引好在某度一坐标筛方向上卫。注意※丝式关键：1.一旦热选定疤了固丸定基盗准，盘该基哥准在绞整个丧变形吗监测矛时期耳都应保持唯不变奋。2.每一菌周期窑的观