变形j监测技术与应用复习资料

第一章变形观测基本问题变形指变形体（根据变形监测区域大小，可将变形监测对象分为三大类：全球性的、区域性的、工程与局部性的，本文统称其为变形体）在各种致变因素的作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。变形观测指为了解变形量大小，通过定期测量观测点相对于基准点的变化量，这个过程即是变形观测。产生变形的原因（1）地下水的过量抽采（2）地下矿物的开采（3）建筑物的荷载（4）其它因素变形观测的研究对象全球性变形研究：板块运动、地极运动区域性变形研究：城市地面沉降工程和局部变形研究：建筑物变形、滑坡、开采沉陷精密工测中的变形研究：桥梁、坝体、地铁、护堤变形观测的目的反馈设计施工质量进行变形分析，研究变形规律，建立预报变形的理论和方法变形的分类一般情况，变形可分为静态变形和动态变形两大类。静态变形主要指变形体随时间的变化而发生的变形，这种变形一般速度较慢，需要较长的时间才能被发觉。动态变形主要指变形体在外界荷载的作用下发生的变形，这种变形的大小和速度与荷载密切相关，在通常情况下，荷载的作用将使变形即刻发生。变形观测的精度要求制定变形监测精度取决于监测目的、允许变形的大小、仪器和方法所能达到的精度。一般而言，实用目的观测中误差应小于允许变形值的1/10～1/20，科研目的观测中误差应小于允许变形值的1/20～1/100(1971年国际测量工作者联合会第十三界会议提出)变形观测精度的确定按允许变形值求观测中误差（1）确定建筑物允许变形值（2）推算要求的观测精度要求（3）确定适宜的观测等级变形观测网的精度设计一般地：变形观测网的精度由允许变形值和观测路线求定观测周期的概念:相邻两次变形观测的时间间隔。观测周期的确定基本原则：根据建（构）筑物的特征、变形速率、观测精度要求和工程地质条件及施工过程等因素综合考虑。监测测精度及监测周期的合理确定监测精度与监测周期和位移速度之间存在一定的相互制约的关系：①当位移速度一定时,监测周期越短对监测精度的要求越高；②当复测周期一定时,位移速度越快对监测精度的要求越低；变形观测基本原则：建筑变形测量的首次（即零周期）观测应连续进行两次独立观测，并取观测结果的中数作为变形测量初始值。静态监测与动态监测的关系1）由于观测条件的影响，静态监测一般应避开阳光太强或暴风雨的恶劣天气，而这时候才是桥梁变形和振动幅度最明显的时候；动态监测是全天候的，可以监测任何时候的变形。2）静态监测可以不同精度监测建筑物的不同部位，而动态监测特别是GPS只能监测变形较大的位移等。3）静态监测体现的是相对于建筑物竣工状态的变化情况；而动态监测则是在建筑物正常运营的状态下进行的实时监控，体现了在各种荷载（特别是动荷载）情况下的瞬时状态。变形监测系统设计的主要内容（1）技术设计书。测量所遵照的规范及其相应规定；合同主要条款及双方职责等。（2）有关建筑物自然条件和工艺生产过程的概述。主要是说明各部分观测的重要性及可能出现的现象的解释。（3）观测的原则方案。包括监测工作的重要性、目的、要求等的总体说明。（4）控制点及监测点的布置方案。包括监测系统布置图、测量精度要求及说明。（5）测量的必要精度论证。对主要监测方法的精度论证，并说明观测中的注意事项。变形监测点的分类变形网常由三种点、两种等级的网组成：1）基准点：通常埋设在比较稳固的基岩上或在变形影响范围之外，尽可能长期保存，稳定不动。一般一个工程至少三个基准点。2）工作基点：是基准点和变形监测点之间的联系点。工作点与基准点构成变形监测的首级网，用来测量工作点相对于基准点的变形量，由于这种变形量较小，所以要求监测精度高，复测间隔时间长。变形观测网的特点1、布网的目的工程控制网，保证网点之间的相对精度是至关重要的。衡量控制网等级的一个重要指标就是网的最弱边。但变形网则不同，变形网布网的目的是为了测定网点的变形，而网点之间的相对精度则不是主要的。２、布网的原则变形网则完全根据变形测量的需要来布设网点。３、布网的多余观测条件多，图形复杂第2章垂直位移监测概述对监测点高程变化量的测量工作；有时用“+”表示下沉，用“-”时表示上升。精密水准测量精密水准测量精度高，方法简便，是垂直位移监测最常用的方法。垂直位移监测的测量点分为水准基点、工作基点和监测点三种。工作基点工作基点是用于直接测定监测点的起点或终点。工作基点应布置在变形区附近相对稳定的地方，其高程尽可能接近监测点的高程。工作基点一般采用地表岩石标，当建筑物附近的覆盖层较深时，可采用浅埋标志，当新建建筑物附近有基础稳定的建筑物时，也可设置在该建筑物上。因工作基点位于测区附近，应经常与水准基点进行联测，通过联测结果判断其稳定状况，保证监测成果的正确可靠。水准仪i角误差检验监测方法与技术要求（1）采用精密水准测量方法进行垂直位移监测时，从工作基点开始经过若干监测点，形成一个或多个闭合或附合路线，其中以闭合路线为佳，特别困难的监测点可以采用支水准路线往返测量。标尺零点差的影响作业中，应将个测段的测站数布设成偶数站精密三角高程测量精密水准测量因受观测环境影响小，观测精度高，仍然是沉降监测的主要方法；如果水准路线线况差，水准测量实施将很困难。高精度全站仪的发展，使得电磁波测距三角高程测量在工程测量中的应用更加广泛；电磁波测距三角高程测量代替水准测量进行沉降监测，将极大地降低劳动强度，提高工作效率。单向观测及其精度)(/21tan15muuviDRKDh平原地区边长较短时：viDRKDh5221arctan2242222422224---sectanarcKViDhmRDmmmDmm中间法及其精度仪器架于两个测站之间观测两点高差时：)()tantan(121122vvDDh仪器架于两个测站中间观测两点高差时：12201202)tan(tanvvKRDDh2224002212224)tan(tanvKDhmmRDmm对向观测及其精度)(21)(214)tan(tan21212122112vviiDRKDh2242222162tan21KvihmRDmmm液体静力水准测量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。基本原理22021101ghpghp基本原理bah基本原理由于制造的容器不完全一致，探测液面高度的零点位置（起始读数位置）不可能完全相同，为求出两容器的零位差，可将两容器互换位置，求得A、B两点的新的高差h第三章水平位移监测技术概述测点布设建筑物水平位移监测的测点宜按两个层次布设，即由控制点组成首级网（控制网）、由观测点及所联测的控制点组成次级网（拓展网）；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。控制网可采用测角网、测边网、边角网和导线网等形式，扩展网和单一层次布网有角度交会、边长交会、边角交会、基准线和附合导线等形式。各种布网均应考虑网形强度，长短边不宜悬殊过大。常用方法大地测量法主要包括：三角网测量法、精密导线测量法、交会法等。该方法通常需人工观测，劳动强度高，速度慢，特别是交会法受图形强度、观测条件等影响明显，精度不高，但该方法较为灵活方便。基准线法该方法特别适用于直线形建筑物的水平位移监测，其类型主要包括：视准线法、引张线法、激光准直法和垂线法等。GPS测量法利用GPS自动化、全天候观测的特点，在工程的外部布设监测点，可实现高精度、全自动的水平位移监测，该技术已经在水利、大型桥梁、超高层建筑等工程中得到广泛应用。交会法观测交会法是利用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，从而确定其变形情况的一种测量方法。该方法的主要缺点是测量的精度和可靠性一般，随着高精密全站仪的发展，精度得到较大的提高。该方法主要包括测角交会、测边交会和后方交会三种方法。测角交会法测角交会误差椭圆测边交会法APAPAPAPbyybxxsin-cos-22sinbapmmRm在使用该法时应注意下列几点：γ角通常应保持在60°至120°之间；测距要仔细，以减小测边中误差ma和mb；交会边长度a和b应力求相等，且一般不宜大于600m后方交会法BPBPxxxBPBPxkyy])()[()tan(2232112bsbsmsmp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%。全站仪空间交会原理：全站仪架设在已知点上，只要输入测站点、后视点的坐标，瞄准后视点定向，按下反算方位角键，则仪器自动将测站与后视的方位角设置在该方向上。然后，瞄准待测目标，按下测量键，仪器将很快地测量水平角、垂直角、距离，并利用这些数据计算待测点的三维坐标。视准线测量视准线法是基准线法测量的方法之一，它是利用经纬仪或视准仪的视准轴构成基准线，通过该基准线的铅垂面作为基准面，并以此铅垂面为标准，测定其他观测点相对于该铅垂面的水平位移量的一种方法。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。该方法同样受多种因素的影响，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。小角法测量（1）若在待测点i上观测，则：BiAiBiAiiDDDDl20)360(这种布置形式对提高测定偏离值的精度更为有利。活动觇牌法观测的步骤视准线端点架设好经纬仪，在另一端点安置固定觇牌，经纬仪严格照准固定觇牌中心，并固定仪器。观测点上架好活动觇牌，经纬仪盘左位置，由观测员指挥点上操作员，旋动觇牌中心线严格与视准线重合，读取测微器读数。操作员反方向导入活动觇牌，使其中心线严格与视准线重合，读取测微器读数。以上是半测回工作。转动经纬仪到盘右位置，重新严格照准B点觇牌，再重复盘左操作步骤，完成一测回的观测工作。第二测回开始，仪器应重新整平。根据需要，每个观测点需测量2～4个测回。一般说来，当用DJ1型经纬仪观测，测距在300m以内时，可测2～3测回，其测回差不得大于3mm，否则应重测。引张线测量所谓引张线，就是在两个工作基点间拉紧一根不锈钢丝而建立的一条基准线。以此基准线对设置在建筑上的变形监测点进行偏离量的监测，从而可求得各测点水平位移。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。前苏联较早将其应用于大坝水平位移观测，20世纪60年代该方法引入国内，并在我国大坝安全监测领域得到了广泛的应用。倒垂线的观测倒垂线观测前，应首先检查钢丝是否有足够的张力，浮体有无与浮桶壁相接触。若浮体与浮桶相接触，应把浮桶稍微移动直到两者脱离接触为止。待钢丝静止后，用坐标仪进行观测。在大坝变形监测中，到垂线一般要求精确观测三测回，每测回中，应使仪器从正、反两个方向导入而照准钢丝，两次读数差不得大于0.3mm，各测回间的互差不得大于0.3mm，并取max2iAiBilAiBiAiBiilimDDmDDmDDDmD当时，三测回平均值作为结果。激光准直测量目前，在水利工程的变形监测中，常采用激光经纬仪准直。在高层建筑物水平位移变形监测中，常采用波带板激光准直。波带板激光准直测量iABAiiss第四章建筑物的变形监测倾斜观测直接法：经纬仪投影法、测水平角、前方交会法、垂准线法该方法多用于基础面积过小的超高建筑物，如电视塔、烟囱、高桥墩、高层楼房等。间接法：测定基础的相对沉陷量（水准测量）、倾斜仪该方法多用于基础面积较大的建筑物，并便于水准观测经纬仪投影法原理HDhetgi前方交会法当测定偏距e的精度要求较高时，可以采用角度前方交会法。首先在圆形建筑物周围标定A、B、C三点，观测其转角和边长，则可求得其在自用坐标系中的坐标；然后分别设站于A、B、C三点，观测圆形建筑物顶部两侧切线与基线的夹角，并取其平均值；以同样的方法观测圆形建筑物底部；按角度前方交会