变形监测资料

变形监测资料一、名词解释1、变形：是自然界的普遍现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时空域中的变化。2、倾斜观测：对建筑物、构筑物中心线或其墙、柱等，在不同高度的点相对于底部基准点的偏离值所进行的测量。（测定工业与民用建筑物倾斜度随时间变化的工作，称为倾斜观测。）3、挠度：建筑物在应力的作用下产生弯曲和扭曲，弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移称为挠度。4、水平位移：建筑物的水平位移是指建筑物的整体平面移动。产生水平位移的原因主要是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。5、液体静力水准：液体静力水准测量也称为连通管测量，是利用相互连通的且静力平衡时的液面进行高程传递的测量方法。液体静力水准仪种类较多，但总体上由三部分组成，即液体容器及其外壳、液面高度量测设备和沟通容器的连通管。6、测量机器人：瑞士徕卡公司生产的TCA系列自动全站仪，以其独有的智能化、自动化性能让用户轻松自如地进行建筑物外部变形的三维位移观测。7、奇异值：设A为复数域内m*n阶矩阵，A'表示A的共轭转置矩阵，A'*A的n个非负特征值的平方根叫作矩阵A的奇异值。记为ai（A）o8、回归分析：研究一个随机变量Y对另一个（X）或一组（X1,X2，„，Xk）变量的相依关系的统计分析方法。二、简答题（6分X6=36分）1、工程建筑物产生变形的主要原因，及变形的分类？答：原因：（1）自然条件及其变化：建筑物地基的工程地质、水文地质、大气温度的变化，以及相邻建筑物的影响等。（2）与建筑物本身相联系的原因：如建筑物本身的荷重、建筑物的结构、形式以及动荷载的作用、工艺设备的重量等。（3）由于勘测、设计、施工以及运营管理方面的工作缺陷，还会引起建筑物产生额外变形。分类：（1）按变形性质可以分为周期性变形和瞬时变形（2）按变形状态则可分为静态变形和动态变形2、水平位移监测有哪些主要方法？答：1、大地测量法（包括三角网测量法、精密导线测量法、交会法等）；2、基准线法（包括视准线法、引张线法、激光准直法、垂线法等）3、专用测量法（即采用专门的仪器和方法测量两点之间的水平位移，如多点位移计、光纤等）4、GPS测量法3、变形监测方案编制的步骤和主要内容。答：监测方案编制的步骤：（1）收集监测工作所需的基础技术资料；（2）现场踏

勘，了解掌握周围环境；（3）编制监测方案初稿；（4）会同有关部门（包括甲方、施工方、监理方等）确定各类监测项目和数据的控制基准；（5）监测方案上报审查、修改完善、报批执行。监测方案的主要内容：（1）工程概况；（2）监测工作的目的与意义；（3）监测工作执行的技术标准；（4）监测的具体项目与测量点位的布设（包括图件）（5）各监测项目的观测周期与频率；（6）监测仪器设备、精度，以及具体观测方法；（7）监测人员的配置、分工与工作职责；（8）监测资料的整理、数据处理与变形分析方法；（9）监测工作进度、工期、上报的对象与时限；（10）项目管理与质量控制制度、注意事项及建议等。4、如基准线两端点确有位移，则对观测点偏离值有何影响，推导公式并分析其精度。答：对于基准线观测，如图所示，当端点A、B由于本身位移而变动到了A'、B'时，则对P点进行观测所得到的偏离值不再是L,而变成了L。ii由图不难看出，端点位移对偏离值的影响为:6=L—L—"iB（A。—Ab）+AbiiiSABP点实际偏离AB基准线的偏离值为：L—L+6—L+Ab+Aa—AbSiiiiSiBAB假设Pi点首次观测时，偏离基准线的偏离值为L'0i，则所求该点的实际位移值i0i为：d—（L+6）—L—L+Ab+Aa—AbS—Liii0iiSiB0iAB因观测点至基准线端点距离为一常数，令K-2b_iSAB故上式写成：d—L+K-Aa+G—K）・Ab—Liiii0iPi点位移值的精度计算公式:m2—2m2+Ck2—2K+1）m2di测ii端对上述中误差计算公式进行分析：（1）当观测点在基准线中点时，取K—九—1iS2AB1-7m2—2m2+m2di测2端（2）当观测点靠近任一端点时，取近似值：K—0或K—17m2—2m2+m2iid测端i对基准线法的精度进行分析：（1）当观测点在基准线中点时：m2—2m2+丄m2di测2端（2）当观测点靠近任一端点时：m2—2m2+m2d测端i由此可见，观测点越靠近基准线端点，则端点位移对变形观测的影响越大。但此时，实际测定观测点偏离值的精度较高，因此，在实际变形观测工作中，仍认为在整条基准线上测定观测点位移值的精度均匀一致，即整条测线上任意点位移值的精度比较接近。5、确定变形监测的频率主要由哪些因素决定？应遵循什么原则？答：(一)因素:观测的频率取决于变形值的大小和变形速度，同时与观测目的也有关系。(二)原则:变形监测的频率应以既能系统地反映所测变形的变化过程，又不遗漏其变化的时刻为原则，根据单位时间内变形量的大小及外界因素的影响来确定。当实际观测中发现异常情况时，则应及时相应地增加观测次数。6、垂线有哪两种形式？各适用于什么监测工作？答：垂线有两种形式：正垂线和倒垂线。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。7、基准线法主要有哪几种具体观测方法？各有何优缺点？主要误差来源？答：1.视准线法：包括小角法测量和活动觇标法测量优缺点：视准线法所用设备普通，操作简便，费用少，是一种应用较广的观测方法。该方法受多种因素的影响，如：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。误差来源：主要是大气折光、照准误差引张线法：在两端工作基点A、B上用重锤拉紧一直径约0.6mm〜1.2mm的不锈钢丝建立基准线，测定中间各观测点的偏离值。三测回观测平均值的精度可达±0.03mm。优缺点：在直线形建筑物中用引线方法测量水平位移，其设备简单，测量方便，速度快，精度高，成本低，在我国得到了广泛的应用，特别是在大坝安全检测中起着重要作用。此外，在采用引张线自动观测设备后，可克服观测时间长、劳动强度大等不利因素，进一步发挥引张线在安全监测中的作用。误差来源：包括观测误差和外界条件的影响两个方面。观测误差与所用的观测仪器、作业方法、观测人员的熟练程度等因素有关。除测点观测误差外，还取决于系统的复位误差。在引张线观测时，由于风的作用，可能会使测线产生明显的偏离，从而产生明显的观测误差。激光准直法：激光准直法是由激光束建立基准线的方法，根据其测定偏离值的原理不同，又可分为激光经纬仪准直与波带板激光准直。(1)激光经纬仪准直(2)波带板激光准直优缺点：其精度较大气激光准直测量有明显提高，但其工程的造价和系统维护费也相应提高。误差来源：主要是大气折光4．垂线法：包括正垂线和倒垂线误差来源正垂线：夹线误差、照准误差、读数误差、对中误差、垂线仪的零位漂移和螺杆与滑块间的隙动误差等。倒垂线：主要来源于浮体产生的误差、垂线观测仪产生的误差、外界条件变化产生的误差。从倒垂设备本身的误差而言，主要有垂线摆动后的复位误差、浮力变化产生的误差、浮体合力点变动而带来的误差。倒垂测量中，还会因仪器的对中、调平、读数和零位漂移等因素使测量结果产生误差。8、引张线系统主要由哪些部件构成？为什么要采用无浮托引张线？答：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。加力端装置包括定位卡、滑轮和重锤，固定端装置仅有定位卡和固定栓。测点装置包括水箱、浮船、读数尺、底盘和测点保护箱。有浮托引张线主要存在的问题：回避了引张线观测前的检查和调整工作，在自动观测时不能确定测线是否处于正常工作状态；忽略了测回间对测线进行拨动的程序要求，不能有效地检验和消除浮托装置所引起的测线复位误差；浮液长期不进行更换，浮液被污染或变质，增加了对浮船的阻力，增大了测线的复位误差。无浮托：减少误差原因因素，提高引张线的综合精度、简化观测程序、便于实现自动化观测系统。9、简述变形监测的主要技术和数据处理分析的主要内容。答：主要技术：（1）地面测量方法：包括常规几何水准测量、三角高程测量、方向角度测量、距离测量等；（2）空间测量技术：包括卫星定位、合成孔径雷达干涉等；（3）摄影测量和地面激光扫描；（4）专门测量手段：包括激光准直、各类传感器测量和应变计测量等。数据处理分析：成因分析（定性分析）：成因分析是对结构本身（内因）与作用在结构物上的荷载（外因），加以分析、研究，确定变形值变化的原因和规律性。统计分析（定量分析）：根据成因分析的结果和其他相关影响，对实测数据进行统计分析，剔除粗差和系统误差的影响，找出分布规律，从而导出变形值与引起变形的有关因素之间的函数关系。监测标志按其性质和用途分别分为哪几种？答：工作性质分类：（1）平面标志用来构成测量建筑物平面位移的平面控制网。（2）高程标志则构成观测建筑物沉降或进行垂直位移观测的高程控制网。用途分类：（1）变形点又称变形观测点：直接埋设在所要观测研究的建（构）筑物上，它们和待测建筑物一起移动，以表明建筑物空间位置的变化。（2）工作基点即测量控制点：（包括测站点、联系点、检核点和定向点等工作点），仪器安置在工作基点上以测定变形点的平面位置和高程。（3）基准点：是变形监测控制网的基础，通常埋设在变形地区之外，便于长期保存和具有很好的稳定性，是建（构）筑物是否产生变形的参照点11、观测资料的整编工作有哪些？答：平时资料整理工作的主要内容：（1）适时检查各观测项目原始观测数据和巡视检查记录的正确性、准确性和完整性。（2）及时进行各观测物理量的计（换）算，填写数据记录表格。（3）随时点绘观测物理量过程线图，考察和判断测值的变化趋势，如有异常，应及时分析原因。（4）随时整理巡视检查记录，补充或修正有关监测系统及观测设施的变动或检验、校（引）测情况，以及各种考证图、表等，确保资料的衔接与连续性。定期资料编印工作的主要内容:（1）汇集工程的基本概况、监测系统布置和各项考证资料，以及各次巡检资料和有关报告、文件等。（2）在平时资料整理基础上，对整编时段内的各项观测物理量按时序进行列表统计和校对。（3）绘制能表示各观测物理量在时间和空间上的分布特征图，以及有关因素的相关关系图。（4）分析各观测物理量的变化规律及其对工程安全的影响，并对影响工程安全的问题提出运行和处理意见。（5）对上述资料进行全面复核、汇编，并附以整编说明后，刊印成册，建档保存。12、确定变形监测精度的目的和原则？答：变形监测的精度，取决于建筑物预计的允许变形值的大小和进行观测的目的。如何根据允许变形值来确定观测的精度，因其与观测条件和待测建（构）筑物的类型以及观测的目的相关。13、变形监测资料为什么会存在插补问题？如何进行插补？答：原因：（1）实测资料出现“断链”；（2）数据处理方法要求等时间间隔方法：（1）按内在物理联系进行插补；（2）按数学方法进行插补1）线性内插法2）拉格朗日内插计算3）多项式曲线拟合4）周期函数的曲线拟合5）多面函数的拟合14、如何用一元回归分析法对对变形监测资料进行检核？答：1、利用式求得变量y和x的相关系数，查阅相关系数的临界值表，判断y和x线性相关是否密切。2、利用式na+[x]b-[y]=O[x]a+[xx]b-[xy]=0（n：观测值的个数、[]：求和计算）求回归方程=a+bx的回归系数a,b，建立回归方程。3、在回归直线两侧根据2s画两条平行线，检杳新的变形值是否出现在这两条直线所夹的区间内，当观测值超出这一区间时，应作专门分析。15、以基坑工程为例，试述变形监测的内容，及其可采用的监测方法。16、以某一工程为例，试述变形监测的内容，并简述变形监测工作的意义。答：1、桥梁墩台变形监测（包括：垂直位移、水平位移监测）。2、塔柱变形监测（包括：顶部水平位移监测、整体倾斜观测、周日变形观测、挠度观测、伸缩量观测）3、桥面挠度观测。4、桥面水平位移观测17、绘图说明利用纵横轴线法进行塔式建筑物倾斜观测的原理和步骤。

答：(1)在塔式建筑物纵横两轴线的延长线上选定测站点C1,与建筑物之间的距离约为建筑物高度H的1.5〜2倍，选一起始方向D1点，用经纬仪观测1、2和3、4点。得到方向值：片、卩2、％和卩4答：分别计算建筑物底部中心位置a1和顶部中心b1的方向值：阿和Pb1Pp+pPp+pa12b12计算建筑物顶部中心a1相对于底部中心b1的倾斜角：％6=P-P6=P-P0=（卩1+卩2）-（卩3+卩4）a1b1i1^23若倾斜角01=0,则无倾斜（4）计算建筑物在C1a1垂直方向上的倾斜位移量:e1（卩+卩）-（卩+卩）x（,+R）e=123x（d+R）12p"1e=牛L1p"1用上述同样的方法，在C1a1的垂直方向上选定另一测站点C2,依次观测5、6、7、8点，得各点方向值：05、06、卩7和卩8计算建筑物在C2a2垂直方向上的倾斜位移量:e2e占Le=(卩5+鸞-(叮叮x(d+R)p"222p计算建筑物总倾斜位移值A及倾斜度iA=、、:eA=、、:e2+e212i=tanK=-H18、GPS用于变形监测有何优点？试举一例说明答：优点：1．测站间无须通视;2．可同时提供监测点的三维位移信息;3．全天候监测;4．监测精度高;5．GPS大地高可用于垂直位移测量;6．操作简便，易于实现监控自动化;7•具有严格定义的参考系统举例：1998年8月大坝蓄水至150年一遇的校洪水水位期间，gps监测系统一直安全可靠，抗干扰能力强，监测精度高，能够快速反映大坝在超高蓄水下的三维变形。19、简述建筑物变形观测资料分析的主要目的和主要内容。答：主要目的：该阶段是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，最好能找出它们之间的函数关系表达式，进而判断建筑物的工作情况是否正常。在积累大量观测数据后，就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各类经验公式等。具体内容：1•成因分析(定性分析)2•统计分析(定量分析)20、工民建筑物变形监测点布设的原则？答：沉降监测点布设位置由测量单位、设计单位、甲方监理共同确定，由施工单位配合实施埋设。监测点应埋设在最能反映建筑物沉降的位置，如四角点、中点、较大转角处、沉降缝、抗震缝、构造柱、荷载或层数变化处、地基薄弱处等，还

要考虑点位具有一定的密度，如隔15m~20m布设一点。21、高程基准点为何采用双金属标志？试用公式推导说明双金属标志的原理。答：为了避免由于温度变化对标志高程的影响，可设计并埋设双金属标志。利用钢管和铝管具有不同的温度膨胀系数，在变形监测的同时，测定两管长度的变化差值并加以改正，即可达到消除由于温度变化对标志高程影响的目的。推导：假设钢管和铝管原长为L0，其膨胀系数为：a=12x10一6,a=24x10一6TOC\o"1-5"\h\z0钢铝实测时由于温度变化的影响，钢管和铝管的实际长度变化为：L=L+Lat=L+AL钢00钢0钢L=L+Lat=L+AL铝00铝0铝因为温度t未知，且难以测定；故实际测量时，测定钢、铝两管的伸缩差值，即A=L一L=L・t•（a一a）钢铝0钢铝AL=LatAL=Lat铝0铝钢0钢A=L—L=L•t•(a-a)铝根据上面两式，可得：ALt(a一a=~0钢A-a)铝根据上面两式，可得：ALt(a一a=~0钢ALLat钢0钢ALt(a—a)a—a=—0钢ALLat铝0将上式移项后，得ALa钢A,钢a一a钢铝AL铝)a一a.z-rnAn■钢铝'a

钢钢a铝a上口铝a一a钢铝•A代入钢、铝的膨胀系数:a=12x10-6,钢a=24x10一6铝故得到钢、铝两管伸缩量：%=-A，AL=-2A铝三、案例分析（第1问题7分，第2、3、4问题每题6分，共计25分）某测绘单位承担某大厦建设过程中的变形监测任务。该大厦位于城市的中心区，设计楼层80层（含地下4层），楼高约360m,总建筑面各约250000m2。已有资料：建筑物总平面图、施工设计图及相关说明文档；②施工首级GPS控制网资料③周边地区一、二等水准点资料④其他相关资料投入的主要测量设备：0.5级全站仪1台套双频GPS接收机5台套精度为1/10万的激光垂准仪1台套D