建筑物的变形测量

建筑物的变形测量1第1页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三

工程建筑物的裂缝观测的内容主要包括裂缝编号、裂缝的位置、走向、长度、宽度等，对于重要的裂缝要埋设观测标志，见下图。在观测裂缝时一般应同时观测建筑材料的温度、气温、水温、水位等因素。§10-6裂缝与位移观测

小裂缝观测：可用裂缝观测仪观测

大裂缝的观测：

裂缝表面的宽度，可用钢尺在缝口测量。对表面裂缝宽度的变化，宜采用在缝两边设简易测点，测量测点的距离来确定。裂缝宽度应精确到0.2mm。一、裂缝观测2第2页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三

裂缝宽度观测

裂缝长度观测3第3页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三

二、水平位移观测

水平位移观测的平面位置是依据水平位移监测网，或称平面控制网。根据建筑物的结构形式、已有设备和具体条件，可采用三角网、导线网、边角网、三边网和视准线等形式。在采用视准线时，为能发现端点是否产生位移，还应在两端分别建立检核点。为了方便，水平位移监测网通常都采用独立坐标系统。例如大坝、桥梁等往往以它的轴线方向作为x轴，而y坐标的变化，即是它的侧向位移。为使各控制点的精度一致，都采用一次布网。监测网的精度，应能满足变形点观测精度的要求。在设计监测网时，要根据变形点的观测精度，预估对监测网的精度要求，并选择适宜的观测等级和方法。水平位移监测网的等级和主要技术要求见表15—3。4第4页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三

水平位移监测网的主要技术要求按国家四等三角要求施测≤1/400002.5＜40012.0四等按国家四等三角要求施测≤1/400002.5＜200按国家三等三角要求施测≤1/700001.8＜3506.0三等按国家三等三角要求施测≤1/700001.8＜150按国家二等三角要求施测≤1/1200001.0＜3003.0二等按国家二等三角要求施测≤1/1200001.0＜150按国家一等三角要求施测≤1/2500000.7＜3001.5一等作业要求最弱边相对中误差测角中误差(″)平均边长(m)相邻基准点的点位中误差(mm)等级5第5页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三

基准线法视准线、引张线、激光准直

——多用在直线型建（构）筑物（如大坝、大桥）平面位移观测。

前方交会法（直线、曲线均可）

导线法水平位移观测常用方法：6第6页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三1、基准线法1）经纬仪视准线法、激光视准线法。视准轴标尺读取尺上读数大坝定期观测各点，将每次的读数与上一次比较即可得位移量。7第7页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三2）引张线法测水平位移以大坝为例观测原理如图所示，引张线法是在坝顶或廊道两端的基岩上浇筑固定端点，在两固定端点间拉紧一根不锈钢丝作为基准线，然后定期测量坝体上各位移标点对此基准线偏离值的变化情况从而计算水平位移量，若端点设于坝体上，则应与倒垂线相连接，借以测定端点的位移量，进一步推算位移标点的位移量。8第8页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三

观测设备引张线设备主要由测线、端点装置和位移观测点组成。（1）测线。一般采用0.8一1.2mm的不锈钢丝，为了防风及保护测线，通常用塑料管或铁管把测线套在管内。（2）端点装置。端点装置由混凝土基座、夹线装置、滑轮和重锤等组成。夹线装置的作用是使测线始终处于同一位置，安置时使测线通过滑轮拉紧后，通过V形槽的夹线装置。

9第9页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三观测方法由于引张线是与两端的固定端点相连接，其位置可认为不变，而位移观测点是埋在坝体上，随坝体变形而位移，因此定期测定钢丝在测点标尺上的读数变化，即可算出该点在垂直坝轴线方向的水平位移值。（3）位移观测点。位移观测点与浮托装置结合在一起。在该处的坝体上埋有一只金属箱，箱内设有水箱，水上有支承钢丝的浮托器，在垂直于钢丝方向的槽钢上，设有毫米分划的标尺用以读数。10第10页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三引张线读数

观测钢丝在标尺上的读数的方法很多，现介绍读数显微镜法。该法是利用由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。由于通过显微镜后钢丝与标尺分划线的像都变得很粗大，所以采用测微分划线读数时，应采用读两个读数取平均值的方法。

右图b给出了观测情况与读数显微镜中的成像情形。钢丝左边缘读数为a＝72.30mm，钢丝右边缘读数为b＝73.40mm，故该观测值结果为11第11页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三2）测小角法

观测原理

测小角法是视准线法测定水平位移的常用方法。测小角法是利用精密经纬仪精确地测出基准线与置镜点到观测点（Pi）视线之间所夹的微小角度βi按下式计算偏离值：12第12页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三误差分析

由于视准线法观测中采用了强制对中设备，所以其主要误差来源是仪器照准觇牌时的照准误差。

测小角法对于距离的观测精度要求不高，一般取相对精度为1/2000即可满足要求。所以在测小角法中，边长只需丈量一次，并且在以后各周期观测中，此值可以认为不变。

对于照准误差，从实际观测来看，影响照准误差的因素很多，其主要误差为照准误差，故有：

式中mv为照准误差，若取肉眼的视力临界为60″则照准误差为：

式中v为望远镜的放大倍数。

13第13页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三测小角法测量小角度的精度要求可按下式估算。由式,对βi

全微分得：

【例1】设某观测点到端点（置镜点）距离为100m，若要求测定偏离值的精度为±0.3mm，试问用测小角度法观测时，测量小角度的精度应为多少？解：将已知数值代入公式，可求得：【例2】续例1，若设当采用望远镜放大倍数为40倍的DJ1型精密经纬仪观测时，小角度至少应观测几个测回？14第14页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三通过定期观测a、b角，计算出P点的坐标，然后与前次进行比较，即得位移量。需要上交的资料有观测成果表、平面位移矢量图。2、前方交会法交会角不能过小或过大基点A基点BP基点基点观测点ab15第15页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三房屋平面位移观测1）前方交会法测定观测点坐标2）全站仪直接测定观测点的坐标16第16页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三3、导线法

当相邻的变形点间可以通视，且在变形点上可以安置仪器进行测角、测距时，可采用这种方法。通过各次观测所得的坐标值进行比较，便可得出点位位移的大小和方向。这种方法多用于非直线型建筑物的水平位移观测，如对弧形拱坝和曲线桥的水平位移观测。

17第17页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三§10-7挠度观测

所谓挠度，是指建(构)筑物或其构件在水平方向或竖直方向上的弯曲值。例如桥的梁部在中间会产生向下弯曲，高耸建筑物会产生侧向弯曲。如下图是对梁进行挠度观测的例子。在梁的两端及中部设置三个变形观测点A、B及C，定期对这三个点进行沉降观测，即可依下式计算各期相对于首期的挠度值：

——观测点间的距离；

——观测点的沉降量。18第18页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三沉降量可用水准测量方法观测，如果由于结构或其他原因，无法采用水准测量时，也可采用三角高程的方法。桥梁在动荷载(如列车行驶在桥上)作用下会产生弹性挠度，即列车通过后，立即恢复原状，这就要求在挠度最大时测定其变形值。为能测得其瞬时值，可在地面架设测距仪，用三角高程法观测，也可利用近景摄影测量法测定。对高耸建(构)筑物竖直方向的挠度观测，是测定在不同高度上的几何中心或棱边等特殊点相对于底部几何中心或相应点的水平位移，并将这些点在其扭曲方向的铅垂面上的投影绘成曲线，就是挠度曲线。水平位移的观测方法，可采用测角前方交会法、极坐标法或垂线法。

19第19页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三§10-8变形观测的成果整理

一、概述

现场观测获取资料、整理分析，指导工程安全使用和发挥工程效益。观测资料整理分析主要包括两个方面的内容：1、观测资料的整理和整编（编制成图表和说明、便于应用）①校对各项原始记录，检查各次变形观测值难的计算是否有错误；②对各种变形值按时间逐点填写观测数值表；③绘制各种变形过程线、建筑物变形分布图。20第20页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三2、观测资料的分析

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之间的关系，找出它们之间的函数关系，进而判断建筑物的工作情况。在积累了大量的观测资料后又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采用的经验系数。具体工作如下：

①成因分析（定性分析）：对建筑物结构本身（内因）与作用在结构物上的荷载（外因）以及观测本身，加以分析、考虑、确定变形值变化的原因和规律性。21第21页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三

③变形预报和安全判断：在成因分析和统计分析的基础上，可根据求得的变形值与引起变形因素之间的函数关系，预报未来变形值的范围和判断建筑物的安全程度。

②统计分析：根据成因分析，对实测数据进行统计分析，从中寻找规律，并导出变形值与引起变形因素之间的函数关系。22第22页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三二、观测资料的整编

主要内容是将变形观测值绘制成各种便于分析的图表。

（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，以累积变形值（沉陷、位移、倾斜、挠度等）为纵坐标绘制成曲线。观测点的变形过程线可明显地反映出变形的趋势、规律和幅度。这对于初步判断建筑物的工作情况是否正常是非常有用的。23第23页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三下图为某大坝各种变形过程线的实例24第24页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三（二）建筑物变形分布图

1、变形值剖面分布图。该图是根据某剖面上各观测点的变形值绘制而成。

下图为拱坝坝顶水平面上的变形情况：25第25页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三下图是三个不同高程的水平面上的沉陷情况：26第26页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三

下图是根据某坝竖直剖面上各观测点的水平位移绘制的，它反映了建筑物的挠曲情况。27第27页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三

2、建筑物（或基础）沉陷等值线下图为某土坝的沉陷等值线图：28第28页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三右图为某高层建筑物基础沉陷等值图。29第29页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三三、观测值的统计规律及其成因分析

根据实测变形值整编的各种表格和图形，显示了变形的趋势、规律和幅度。如可变形过程线图上看出建筑物年周期变形规律、变形趋势，由近似正弦曲线可看出建筑物的变形是一个弹性变形。

对建筑物经过长期的观测初步掌握其变形规律后，可以绘制观测点的变形范围图。30第30页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三引起大坝变形原因分析：

1、静水压力

静水压力引起的变形，有四种可能的情况：①在静水压力作用下，由于坝体不同高度处不同的水平推力的作用，使坝体产生挠曲变形b。②由于水库水压及坝底扬压力的作用，使坝体产生向下游转动而引起的变形r。

重力坝在下游水深作用下产生浮托力，在上下游水位差作用下，产生渗透水压力，渗透水压力及浮托力之和称为扬压力。31第31页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三

③由于水库水体的重力作用使库底变形，引起坝基向上游转动而引起的变形u。④由于剪应力对坝底接触带的作用，在静水压力作用下产生的滑动s（对大坝威胁性较大）。32第32页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三2、坝体的温度变化33第33页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三3、时效变化

时效变化是由于建筑材料的变形以及基础岩层在荷载作用下引起的变形所产生的。它的特点是施工期与运营初期比较大，随着时间的推移而渐趋稳定。时效变化为不可逆变形。

根据我国水坝观测资料分析可知，对于坝顶的位移，温度影响往往比水位影响大。坝顶沉陷的主要因素是温度和水位的变化。对于坝基来说，库水位变化是垂直位移和倾斜变形的主要因素，而温度影响可以忽略。34第34页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三四、一元线性回归分析

下面结合一个实例来具体说明一元线性回归分析的内容与步骤。

下页表为某混凝土坝坝基沉陷的观测值及其响应的库水位。

1、绘制坝基沉陷与库水位散点图今以x轴表示库水位，以y轴表示沉陷量，绘制坝基沉陷与库水位散点图。（如右图所示）35第35页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三36第36页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三

由右图可以认为这些散点的分布可用一条直线y=a+bx来代替。

由于因变量y与自变量x关系的不确定性，对观测数据可以写成：

为了由观测数据计算a、b的最佳估值，采用最小二乘原理来计算估值，为此组成：2、求线性方程的表达式37第37页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三

在［vv］最小的要求下由上式对a、b求微分，整理后得：经变换后得：

式中，n为观测值个数。代入观测数据即可求得：38第38页，共43页，2022年，5月20日，22点22分，星期三用求因变量yi的估值需加改正值：则因变量估值的中误差为：

当用回归直线预报未来变形值时，通常在回归直线两侧根据2S值画两条平行线（图中虚线）。这两条平行线以内的范围即为未来变形值允许出现的区间。3、求因变量估值的中误差39第